JP2000131270A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックセパレータがリード線を挿通する
上で十分な軸断面積を有しつつ、ケーシング内への外気
の流通を効率良く行うことができるガスセンサを提供す
る。 【解決手段】 酸素センサは、複数のセパレータ側リー
ド線挿通孔７２が軸方向に貫通して形成されたセラミッ
クセパレータの本体部７５の第一部分１８ａが、フィル
タ保持部５１の内側に入り込むように配置される。そし
て、その第一部分１８ａの軸断面外形が円でない形状、
例えば正方形状などの多角形状に形成される。セラミッ
クセパレータ１８の本体部７５の軸断面外形を、このよ
うに円から逸脱したものとすることで、セラミックセパ
レータ１８の外周面とフィルタ保持部５１の内面との隙
間９２を局部的に拡張することができる。これにより、
リード線を挿通するための十分な軸断面積をセラミック
セパレータ１８が有しつつ、ケーシング内への外気の流
通も効率良く行うことができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサ、ＨＣ
センサ、ＮＯｘセンサなど、測定対象となるガス中の被
検出成分を検出するためのガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上述のようなガスセンサとし
て、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒
状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側
に配置した構造のものが知られている。例えば酸素セン
サなど、大気を基準ガスとして使用するガスセンサの場
合、検出素子を収容するケーシング又はケーシングの後
端部に連結されるフィルタ支持筒に大気導入部を設ける
必要がある。このような大気導入部は、例えばケーシン
グ又はフィルタ支持筒の後端部側壁に気体流通孔を孔設
し、これを撥水性フィルタで覆うことにより形成するこ
とができる。また、リード線の引出口を封止するゴム製
のグロメットのリード線挿通孔が大気導入部とされるこ
ともある。この場合、リード線の外側を覆う被覆材とリ
ード線挿通孔との間に形成される隙間を通って大気がケ
ーシング内に導入される形となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なガスセンサにおいては、検出素子やヒータからのリー
ド線同士が短絡することを防止するために、リード線挿
通孔が形成されたセラミックセパレータがケーシング
（又はフィルタ支持筒）内に設けられることが多い。こ
のセラミックセパレータはケーシング（又はフィルタ支
持筒）に合わせた円筒状に形成され、通常、リード線の
引出し側となるケーシング（又はフィルタ支持筒）の後
端部内側に配置される。他方、ケーシング（又はフィル
タ支持筒）の後端部には前述のような大気導入部が形成
され、セラミックセパレータの外周面とケーシング（又
はフィルタ支持筒）の内周面との間に形成される隙間
は、その導入された大気の通路となることが多い。しか
しながら、昨今のセンサのサイズ縮小化の傾向を考慮す
ると、ケーシング（又はフィルタ支持筒）の外径はでき
る限り小さくすることが望ましく、セラミックセパレー
タとケーシング（又はフィルタ支持筒）との間に十分な
隙間を確保することは次第に困難になりつつある。この
場合、隙間を大きくするために、セラミックセパレータ
の外径を小さくすることも考えられるが、リード線の短
絡防止というセラミックセパレータの基本機能を確保す
る前提ではその寸法縮小にも限界がある。

【０００４】そこで本発明の課題は、リード線を挿通す
る上でセラミックセパレータが十分な軸断面積を有しつ
つ、ケーシング内への外気の流通を効率良く行うことが
できるガスセンサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のガスセンサの第一の構成
は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状
のケーシングと、該ケーシングの軸線方向に配置され、
前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複
数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成され
た柱状形態のセラミックセパレータとを有し、該セラミ
ックセパレータは、前記軸線と直交する平面であって、
当該セラミックセパレータの外形が連続した単一の輪郭
で表される任意の切断面（以下、輪郭形成軸断面とい
う）の外形線に対し、その幾何学的重心を中心とする内
接円と外接円とを描き、さらにそれら内接円と外接円と
の中間に位置する仮想的な基準円を描いた場合に、前記
輪郭形成軸断面の外形線の一部が前記基準円の内側に位
置し、他の部分が該基準円の外側に位置する形態をなす
ことを特徴とする。

【０００６】上記構成の要点は、セラミックセパレータ
の輪郭形成軸断面の外形線が、円形形状から少なくとも
部分的に逸脱しているということにある。図８は例えば
本体部の輪郭形成軸断面の外形線ＳＨを正方形状とした
場合の例であり、外形線ＳＨに対し、その幾何学的重心
Ｇを中心とする内接円ＩＣと外接円ＯＣとを描き、それ
らの中間に基準円ＳＣを描いているが、外形線ＳＨの一
部が基準円ＳＣの内側に位置し、他の部分が外側に位置
していることがわかる。これは、外形線ＳＨが正方形状
の場合に限らず、円形形状から少なくとも部分的に逸脱
した形状（多角形、楕円形等）であれば必然的に成立す
る。

【０００７】すなわち、従来のガスセンサの構成では、
セラミックセパレータは輪郭形成軸断面形状が例外なく
円状であり、前述の通りケーシング又はフィルタ支持筒
の内面との隙間を拡張するのには限界があった。しかし
ながら、本発明では、その常識を破って、セラミックセ
パレータの輪郭形成軸断面の外形線を円から逸脱したも
のとすることで、セラミックセパレータ外周面とケーシ
ング又はフィルタ支持筒の内面との隙間を局部的に拡張
することができる。これにより、リード線を挿通するた
めの十分な軸断面積をセラミックセパレータが有しつ
つ、ケーシング内への外気の流通を効率良く行うことが
できるようになる。

【０００８】なお、セラミックセパレータが、例えば柱
状形態の本体部とこの本体部の外周面に突出形成された
フランジ状のセパレータ側支持部とを有する場合には、
前記輪郭形成軸断面の外形線は、本体部に対する外形線
とセパレータ側支持部に対する外形線の内の少なくとも
一方を対象とすることができる。

【０００９】また、本発明のガスセンサの第二の構成
は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状
のケーシングと、該ケーシングの後端部外側に、当該ケ
ーシングに対して略同軸状に設けられるフィルタ支持筒
と、該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出
素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリー
ド線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形
態のセラミックセパレータとを有し、該セラミックセパ
レータの外周面にはフランジ状のセパレータ側支持部が
形成され、該セパレータ側支持部の後方側で前記フィル
タ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の
透過は許容するフィルタが配置され、前記セパレータ側
支持部には、気体連通部が前記軸線方向に形成されてい
ることを特徴とする。

【００１０】なお、本明細書においては、検出素子の軸
方向においてその先端部に向かう側を「前方側（先端
側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（後端
側）」とする。

【０００１１】このように、セラミックセパレータの外
周面にフランジ状のセパレータ側支持部を形成し、この
セパレータ側支持部の後方側でフィルタ支持筒の後端側
に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフ
ィルタを配置し、セパレータ側支持部に気体連通部を軸
線方向に形成することによって、フィルタから導入され
た外気は、セパレータ側支持部に軸線方向に形成された
気体連通部を経てスムーズにかつスピーディにケーシン
グ内へ導かれるようになる。しかも、液体の透過は阻止
し、かつ気体の透過は許容するフィルタを配置している
ので、例えば車両の足回り部分に近い排気管等に取り付
けられた場合に、雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を
受けても外気の導入ができる。したがって、センサの性
能を阻害せずにガスセンサの外径を小さくすることが可
能になる。

【００１２】この気体連通部は、フィルタからセラミッ
クセパレータの外周面に沿ってケーシングの内部先端側
へ向かう外気の流通経路の一部を形成することができ
る。このようにして、フィルタから導入された外気を最
短の流通経路でケーシングの内部先端側へ導くことがで
きる場合には、基準ガスとなる外気の循環が促進され、
換気性能がよくなって、ガス濃度の検出が精度よく行え
る。

【００１３】また本発明は、セパレータ側支持部におけ
る輪郭形成軸断面の外形線が多角形状を呈するととも
に、気体連通部は、フィルタ支持筒の内面と、外形線を
含む形態のセパレータ側支持部の外周面との間に形成す
ることができる。この場合には、セパレータ側支持部の
外周面とフィルタ支持筒の内面との隙間を局部的に拡張
することができ、ケーシング内への外気の流通量を確保
することができる。また、輪郭形成軸断面の外形線を多
角形状としたので、周方向において均一な外気の流通状
態を形成することが可能となる。

【００１４】さらに本発明の気体連通部は、セパレータ
側支持部の外周面に平坦面状又は溝状に形成することが
でき、あるいはセパレータ側支持部を貫通する孔状に形
成することができる。いずれも、セラミックセパレータ
の型成形時に気体連通部を一体成形できるので、製造が
容易かつ安価である。

【００１５】なお、本発明のガスセンサの前記第一又は
第二の構成に関して、次のような態様も考えられる。す
なわち、ケーシングの後端側には、壁部に１ないし複数
の気体導入孔が形成された筒状のフィルタ保持部と、フ
ィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体
の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを有
し、気体導入孔及びフィルタを経て外気をケーシング内
に導入させる気体導入構造部が形成され、セラミックセ
パレータの本体部は、検出素子の軸方向において、その
後方側がフィルタ保持部の内側に入り込むように配置さ
れるとともに、本体部外周面と、フィルタ保持部内周面
との間に形成される隙間が、フィルタを経てケーシング
の内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成する
ようになすこともできる。

【００１６】さらに次のような別の態様も考えられる。
すなわち、セラミックセパレータは、本体部の軸方向中
間位置において外周面から突出するフランジ状のセパレ
ータ側支持部が形成され、本体部は、セパレータ側支持
部よりも軸方向前方側に位置する部分をケーシングの後
端部内側に入り込ませた状態で、セパレータ側支持部に
おいてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介し
て間接的に当接する一方、軸方向後方側の部分をケーシ
ングの外側に突出させた状態で配置され、かつその突出
部分が、ケーシングとは別体の筒状に形成されたフィル
タ保持部で覆われており、さらに、セパレータ側支持部
には、フィルタ保持部内側からケーシング内側への気体
の流通を許容する気体連通部を軸線方向に形成するよう
になすこともできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例に基づき説明する。図１は本発明のガスセ
ンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示してい
る。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電
解質部材である酸素検出素子（検出素子）２と、発熱体
３とを備える。酸素検出素子２は、ジルコニア等を主体
とする酸素イオン伝導性固体電解質により中空に形成さ
れている。また、この酸素検出素子２の外側には金属製
のケーシング１０が設けられている。

【００１８】ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管
等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体
金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通す
るように結合された主筒１４、該主筒１４とは反対側か
ら主体金具９に取り付けられたプロテクタ１１等を備え
る。図２に示すように、酸素検出素子２の内面及び外面
には、そのほぼ全面を覆うように、例えばＰｔあるいは
Ｐｔ合金により多孔質に形成された一対の電極層２ｂ，
２ｃが設けられている。

【００１９】図１に戻り、主体金具９の後方側の開口部
には、前述の主筒１４がインシュレータ６との間にリン
グ１５を介して加締められ、この主筒１４に筒状のフィ
ルタアセンブリ１６が外側から嵌合・固定されている。
このフィルタアセンブリ１６の後端側開口部はゴム等で
構成されたグロメット１７で封止され、またこれに続い
てさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられて
いる。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグ
ロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用のリ
ード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（図示して
いない）が配置されている。

【００２０】次に、図３に示すように、セラミックセパ
レータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するため
の複数のセパレータ側リード線挿通孔７２（リード線挿
通孔）が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向
中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状の
セパレータ側支持部７３が形成されている。そして、該
セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３
よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に
入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３におい
て主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側
支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外
側に突出させた状態で配置される。

【００２１】図１に戻り、酸素検出素子２用の一方のリ
ード線２０は、固定金具２３を経て、前述の酸素検出素
子２の内側の電極層２ｃ（図２）と電気的に接続されて
いる。一方、他方のリード線２１は、別の固定金具３３
を経て、酸素検出素子２の外側の電極層２ｂ（図２）と
電気的に接続されている。酸素検出素子２は、その内側
に配置された発熱体３で加熱することで活性化される。
発熱体３は棒状のセラミックヒータであり、抵抗発熱線
部（図示せず）を有する発熱部４２がリード線（図示せ
ず）を経て通電されることにより、酸素検出素子２の先
端部（検出部）を加熱する。

【００２２】次に、図３に示すように、フィルタアセン
ブリ１６は、主筒１４（ケーシング１０）に対し後方外
側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすととも
に、内部が主筒１４の外部と連通し、かつ壁部に複数の
気体導入孔５２が形成されたフィルタ保持部５１（フィ
ルタ支持筒）を備える。そして、そのフィルタ保持部５
１の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィル
タ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側に
は、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔５５が形成さ
れるとともに、フィルタ５３をフィルタ保持部５１との
間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部５４が配置
される。具体的には、気体導入孔５２及び補助気体導入
孔５５は、フィルタ保持部５１及び補助フィルタ保持部
５４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位
置関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、
フィルタ５３は、フィルタ保持部５１を周方向に取り囲
むように配置されている。なお、フィルタ５３は、例え
ばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体（商
品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス
（株）））等により、水滴等の水を主体とする液体の透
過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透
過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。な
お、主筒１４及びフィルタ保持部５１は、いずれも円筒
状の形態を有している。

【００２３】図４に示すように、補助フィルタ保持部５
４には、補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両
側に、環状のフィルタ加締め部５６，５７（以下、単に
加締め部５６，５７ともいう）が形成されている。加締
め部５６，５７により、フィルタ５３を挟んで補助フィ
ルタ保持部５４はフィルタ保持部５１に対して結合され
る。また、フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３と
の間には隙間５８が形成されている。他方、フィルタ保
持部５１は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部
６０により、該段付き部６０に関して軸方向前方側を第
一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２とし
て、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるよ
うに構成されている。気体導入孔５２はその第二部分６
２の壁部に形成されている。さらに、補助フィルタ保持
部５４はフィルタ保持部５１の第一部分６１の外径より
も小さい内径を有する。

【００２４】図３に戻り、フィルタ保持部５１は、セラ
ミックセパレータ１８の突出部分を第二部分６２の内側
まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部６０にお
いてセパレータ側支持部７３に対し、主筒１４とは反対
側から金属弾性部材７４を介して当接するように配置さ
れる。他方、該フィルタ保持部５１の先端側、すなわち
第一部分６１において主筒１４（ケーシング１０）に対
し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その
重なり部には、フィルタ保持部５１を主筒１４に対し気
密状態となるように連結するケーシング加締め部７６が
形成されている。

【００２５】補助フィルタ保持部５４の外側には、筒状
の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。
この防護カバー６４は、図３に示すように気体滞留空間
６５を生じるように配置され、フィルタ保持部５１に対
し、加締め部６６，６７により接合されている。なお、
図４に示すように、フィルタ保持部５１の第一部分６１
の外周面には、防護カバー６４内への気体導入部となる
溝部６９が周方向に沿って所定の間隔で複数形成されて
いる。

【００２６】図３に戻り、セラミックセパレータ１８
は、酸素検出素子２の軸方向において後方側がフィルタ
保持部５１の内側に入り込み、同じく前方側が主筒１４
（ケーシング１０）の内側に入り込むように配置され、
各リード線２０，２１等がセパレータ側リード線挿通孔
７２において軸方向に挿通される。一方、グロメット１
７は、フィルタ保持部５１の後方側開口部５１ａに対し
その内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１
等を挿通するためのシール側リード線挿通孔９１を有す
るとともに、それらリード線２０，２１等の外面とフィ
ルタ保持部５１の内面との間をシールする。

【００２７】セラミックセパレータ１８の後端面は、軸
方向において気体導入孔５２よりも後方側に位置すると
ともに、その後端面中央に形成された隙間規定突出部９
６の頂面は、グロメット１７の前端面と密着している。
その隙間規定突出部９６により、グロメット１７とセラ
ミックセパレータ１８との間には所定量の隙間９８が形
成されている。なお、隙間規定突出部９６は、セラミッ
クセパレータ１８にではなく、グロメット１７の前端面
に形成してもよい。また、フィルタ保持部５１の内周面
とセラミックセパレータ１８の外周面との間にも隙間９
２が形成されている。そして、気体導入孔５２からの気
体は該隙間９２内に供給され、さらにセラミックセパレ
ータ１８に形成された気体導入部９３を通ってケーシン
グ１０内に導かれる。具体的には、セラミックセパレー
タ１８には、セパレータ側リード線挿通孔７２とは別に
軸方向の気通用貫通孔９５が形成されており、またその
後端面には、一端が貫通孔９５に連通し、他端側がセラ
ミックセパレータ１８の外周面に開放する気通用溝部９
４が形成されている。すなわち、これら気通用貫通孔９
５及び気通用溝部９４が気体導入部９３を形成してい
る。

【００２８】図１に戻り、主体金具９の前方側開口部に
は筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸
素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて
覆うようにキャップ状のプロテクタ１１が装着されてい
る。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数の
ガス透過口１２が貫通形態で形成されている。

【００２９】上記酸素センサ１においては、前述の通り
補助フィルタ保持部５４のフィルタ５３を介して基準ガ
スとしての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外
面にはプロテクタ１１のガス透過口１２を介して導入さ
れた排気ガスが接触し、該酸素検出素子２には、その内
外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じ
る。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の
酸素濃度の検出信号として電極層２ｂ，２ｃ（図２）か
らリード線２１，２０を介して取り出すことにより、排
気ガス中の酸素濃度を検出できる。

【００３０】なお、フィルタアセンブリ１６の主筒１４
に対する組付けは、例えば以下のようにして行う。すな
わち、図１４（ａ）に示すように、セラミックセパレー
タ１８に金属弾性部材７４を外挿し、さらにそのセラミ
ックセパレータ１８の前端側を主筒１４に挿入する。一
方、フィルタアセンブリ１６は図４に示すように予め組
み立てておき、これを図１４（ａ）に示すように、その
フィルタ保持部５１においてセラミックセパレータ１８
及び主筒１４の外側から被せる。なお、酸素検出素子２
及び発熱体３等（図１）は主筒１４内に予め組みつけて
おき、それらからのリード線２０，２１等はセラミック
セパレータ１８のセパレータ側リード線挿通孔７２（図
３）に通し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部
から外側に延出した状態にしておく。

【００３１】続いて、図１４（ｂ）に示すように、主筒
１４とフィルタアセンブリ１６とに軸方向の圧縮力を付
加する。これにより、金属弾性部材７４はフィルタ保持
部５１とセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持
部７３との間で圧縮変形し、セラミックセパレータ１８
を主筒１４とフィルタ保持部５１との間で挟み付けるた
めの付勢力を発生する。そして、この状態を維持しつ
つ、図１４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１と
主筒１４とにケーシング加締め部７６を形成し、両者を
結合する。次いで、図１４（ｄ）に示すように、フィル
タ保持部５１の後端側開口部にゴムグロメット１７を嵌
め入れ、さらに防護カバー６４を被せるとともに、同図
（ｅ）に示すように加締め部６６及び６７を形成して酸
素センサ１の組立てが完了する。

【００３２】次に、図５（ａ）に示すように、セラミッ
クセパレータ１８の本体部７５は、円形形状から少なく
とも部分的に逸脱した形状、具体的には正方形状の軸断
面外形を有している。本実施例では本体部７５は（以
下、図３も参照のこと）、フィルタ保持部５１の第二部
分６２内に入り込む部分（以下、第一部分という）１８
ａと、主筒１４の内側に入り込む部分（以下、第二部分
という）１８ｂとの２部分からなるが、その少なくとも
第一部分１８ａが四角柱状となることで、図７（ａ）に
示すように、フィルタ保持部５１内面との間に隙間９２
を比較的大きく確保することが可能となり、外気のスム
ーズな流通を確保することができる。なお、本体部７５
の第二部分１８ｂは円柱状に形成してもよい。また、図
５（ａ）では、隙間規定突出部９６も四角柱状としてい
るが、これは円柱状あるいはその他の形状としてもよ
い。

【００３３】ここで、本実施例の酸素センサ１では、図
３に示すように、ケーシング１０の後端部外側には、壁
部に気体導入孔５２が形成された筒状のフィルタ保持部
５１（フィルタ支持筒）が、ケーシング１０に対して後
方側から同軸状に被せられている。フィルタアセンブリ
１６には、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフ
ィルタ５３が、フィルタ保持部５１の気体導入孔５２を
塞ぐように配置され、気体導入孔５２及びフィルタ５３
を経て外気をケーシング１０内に導入させる気体導入構
造部を形成している。また、セラミックセパレータ１８
の本体部７５は、後方側の第一部分１８ａがフィルタ保
持部５１の内側に入り込むように配置されるとともに、
その第一部分１８ａ（本体部７５）の外周面と、フィル
タ保持部５１の内周面との間に形成される隙間９２が、
フィルタ５３を経てケーシング１０内へ導かれる外気の
流通経路の一部を形成する形となっている。この構成に
おいては、フィルタ５３側から十分広い隙間９２内にま
ず流入する形となっているので、ケーシング１０内の外
気の流通を一層スムーズなものとすることができる。

【００３４】また、セラミックセパレータ１８の本体部
７５の後端面は、フィルタ保持部５１に設けられた気体
導入孔５２よりも後方側に位置しており、本体部７５に
は気通用貫通孔９５が軸方向に貫通して形成されてい
る。この場合、気体導入孔５２から導入された外気は、
隙間９２を通って検出素子２の先端部へ導かれていくの
であるが、その流通経路は以下のようになる。すなわ
ち、導入された外気は隙間９２からセラミックセパレー
タ１８の後方側へ回り込み、さらに気通用貫通孔９５を
通って検出素子２の内部先端側へと流れていく。そし
て、セラミックセパレータ１８の本体部７５（の第一部
分１８ａ）が多角形状とされていることで、隙間９２を
経たスムーズな気体の流通が実現される。

【００３５】ここで、図５（ａ）及び図３に示すよう
に、セラミックセパレータ１８には、酸素検出素子２及
び発熱体３からの各リード線を挿通するための４つのセ
パレータ側リード線挿通孔７２が、各々その中心が仮想
的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）Ｃ1上に位置し
て配列するように形成されている。また、気通用貫通孔
９５は、セラミックセパレータ１８の中央部において、
それら４つのセパレータ側リード線挿通孔７２により囲
まれる領域に形成されている。さらに、気通用溝部９４
は、セラミックセパレータ１８の後端面において、４つ
のセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない位置に
十字形態で形成されている。グロメット１７の前端面
は、気通用貫通孔９５の開口位置においてセラミックセ
パレータ１８と接するが、気通用溝部９４が形成されて
いるので、隙間９２から気通用貫通孔９５への気体の流
通が妨げられることがない。

【００３６】また、図３において、グロメット１７には
シール側リード線挿通孔９１が、シール側ピッチ円上に
位置して配列するように形成されており、前述のセパレ
ータ側ピッチ円（直径Ｄ1）とシール側ピッチ円（直径
Ｄ2）とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるよ
うに設定されている。例えば図３においてはＤ1＞Ｄ2と
なっており、図５（ａ）に示すように、隙間規定突出部
９６は、セパレータ側ピッチ円上に配列したセパレータ
側リード線挿通孔７２よりも内側に位置する領域に形成
されている。この場合、各リード線にはグロメット１７
とセラミックセパレータ１８との間で曲がりが生ずる
が、グロメット１７とセラミックセパレータ１８との間
には隙間規定突出部９６に基づく隙間９８が形成されて
いることから、センサ１の組立て時等にリード線が強く
曲げられて痛んだり、断線したりするトラブルが生じに
くくなる。また、グロメット１７に軸方向の押込力が作
用しても、隙間規定突出部９６によりグロメット１７の
移動が止められるので隙間量が変化しにくく、リード線
に強い屈曲等が生じることが防止される。

【００３７】次に、図７に、セラミックセパレータ１８
の本体部７５の軸断面形状を各種多角形状とした例を示
す。図７（ａ）はすでに示した四角柱状のものであり、
（ｂ）は三角柱状とした例、（ｃ）は六角柱状とした例
である。これを見ればわかる通り、本体部７５の軸断面
外形を多角形とする場合は、辺数が多くなるほど円形に
近づくため、フィルタ保持部５１（の第二部分６２）と
の間の隙間９２を拡大する効果は顕著でなくなる。一
方、セパレータ側ピッチ円については、リード線が例え
ば４本存在する場合、（ｂ）の三角柱状の形態ではピッ
チ円が小さくなりすぎることがある。従って、十分な隙
間９２を確保しつつ、ピッチ円を十分大きく確保できる
四角柱状の形状が、セラミックセパレータ１８の本体部
７５の形状としてより望ましいといえる。

【００３８】この場合、本体部７５の軸断面の各辺に対
応して気体導入孔５２を設ければ、セラミックセパレー
タ１８とフィルタ保持部５１との間の隙間９２に効率よ
く気体を導入することができる。また、各稜線部に面取
あるいはアールを施すことで、組立の際にケーシングを
傷付けたりする不具合が軽減される。

【００３９】また、図９は、本体部７５の軸断面を多角
形以外の形状とした例である。（ａ）では、円状の軸断
面の軸線を挟んで両側部分を切り欠くことにより、互い
に略平行な１対の平坦部７５ａ，７５ａを形成した例で
ある。他方、（ｂ）は、軸断面を楕円状とした例であ
る。

【００４０】次に、図５（ｂ）に示すセラミックセパレ
ータ１８は、同図（ａ）のような気通用溝部９４あるい
は気通用貫通孔９５等を含む気体導入部９３が形成され
ていない。また、セラミックセパレータ１８の後端面の
中央部に隙間規定突出部９６が形成されている。この場
合、図６に示すように、セパレータ側リード線挿通孔７
２と各リード線２０，２１等との間に、周方向に沿って
気通用隙間９９（図６参照）が形成されており、気体導
入孔５２から導入された外気が、隙間７２から該気通用
隙間９９を通って検出素子２へ導かれる構成となってい
る。こうすれば、気体導入部９３を形成する手間が省か
れ、また、図５（ａ）のように隙間規定突出部９６にま
たがる溝部９４等も形成されないので形状も単純であ
り、製造が容易である。

【００４１】なお、図５（ｂ）に示したセラミックセパ
レータ１８においては、同図（ｃ）に示すように、その
後端面外周縁から各セパレータ側リード線挿通孔７２に
向けて気通用溝部９４を形成してもよい。これにより、
ケーシング内部の検出素子２（図１）への外気の流通が
より一層効果的に行われるようになる。

【００４２】図１０〜１３及び図１５に、セラミックセ
パレータ１８のセパレータ側支持部７３の変更例を示
す。図１０に示すセラミックセパレータ１８は、フラン
ジ状のセパレータ側支持部７３の外周面を、主筒１４
（ケーシング１０）の開口内縁１４ａよりも内側に引っ
込ませることにより、セパレータ側支持部７３による開
口の遮蔽状態を部分的に解消して外気の主筒１４内部へ
の流通を許容する、引っ込み流通部８０（気体連通部）
を軸線方向に形成した例である。各引っ込み流通部８０
は、平坦面状に形成されている。これにより、主筒１４
の開口内縁１４ａとセパレータ側支持部７３の外縁との
間に比較的大きな隙間８１が形成され、一層スムーズな
気体の流通を確保することができる。ここでは、セパレ
ータ側支持部７３は、その外周面に平坦面状の上記引っ
込み流通部８０が周方向に複数連なる形で形成されるこ
とにより、全体が多角形状（本実施例では正方形状）の
外形をなしている。これにより、セパレータ側支持部７
３の周方向において、より均一なガスの流通状態を形成
することが可能となる。

【００４３】なお、図１１に示すように、セパレータ側
支持部７３の外周面に溝状の引っ込み流通部８３（気体
連通部）を形成するようにしてもよい。また、図１２
は、引っ込み流通部に代えて、セパレータ側支持部７３
を軸線方向に貫通する気通孔８４（気体連通部）を形成
した例である。さらに、図１３に示すように、図１０
（ａ）の本体部７５を円柱状に形成してもよい。

【００４４】次に、図１５に示すセラミックセパレータ
１８は、その軸線方向後端側の外周面に、全周にわたり
外向きに一体的に突出する形態でフランジ状のセパレー
タ側支持部７３が形成されている。セラミックセパレー
タ１８の後端面において、通気溝１００（気体連通部）
が４個のセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない
位置に十字形態で軸線と直交する方向に形成され、後端
面の外周に達した各通気溝１００はそこから直角に向き
を変え、セパレータ側支持部７３の外周面に沿って軸線
方向前方側へ延びている。

【００４５】図１６は、図１５のセラミックセパレータ
を組み込んだ酸素センサの一例を示す。円筒状の外筒部
材１０１（フィルタ支持筒）の軸線方向前方側は大径に
形成され、主体金具９（ケーシング１０）に対して外側
から嵌合される。一方、外筒部材１０１の軸線方向後方
側は小径に形成され、セラミックセパレータ１８がその
内部に収容され、後端開口部にはグロメット１７が嵌入
される。外筒部材１０１の外筒側支持部１０２は、セラ
ミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３を受け
止め支持している。また、グロメット１７の径方向中央
部には中央貫通孔１７ｂが設けられ、この中央貫通孔１
７ｂにフィルタ５３が嵌入されている。フィルタ５３の
通気面は後端部の端面に設けられ、その円筒状周面部に
は、内側から円筒状のフィルタ支持金具５３ａが嵌合し
ている。

【００４６】図１６の酸素センサ１において、基準ガス
としての大気はフィルタ５３の通気端面部→セラミック
セパレータ１８の通気溝７３→外筒部材１０１とセラミ
ックセパレータ１８との間の径方向の隙間Ｓ1，Ｓ2→中
空部２ａを経て酸素検出素子２の内面（内部電極層２
ｃ）に導入される（図１６矢印Ｒ参照）。なお、図１６
において図３又は６と共通する部分には同一符号を付し
て、説明を省略する。

【００４７】図１０〜１３及び図１５のいずれの場合
も、気体連通部（引っ込み流通部８３、気通孔８４又は
通気溝１００）は、セパレータ側支持部７３の周方向に
沿って所定の間隔で複数設けられ、軸線方向に形成され
ている。したがって、この気体連通部は、フィルタ５３
からセラミックセパレータ１８の外周面に沿ってケーシ
ング１０の内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を
形成している。なお、上記のように気体連通部をセパレ
ータ側支持部７３に形成する場合、セラミックセパレー
タ１８の本体部７５を軸線方向に貫通する気体流通部
（例えば、図３の気通用溝部９４あるいは気通用貫通孔
９５、あるいは図６の気通用隙間９９）を特に形成しな
い構成（例えば、図１５及び１６参照）としてもよい。

【００４８】以上説明した本発明のセンサの構造は、酸
素センサ以外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯ_Ｘ
センサなどにも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサ
を示す縦断面図。

【図２】その酸素検出素子部分を拡大して示す断面図。

【図３】図１の要部を拡大して示す断面図。

【図４】フィルタアセンブリの正面部分断面図。

【図５】セラミックセパレータをその変形例とともに示
す斜視図。

【図６】図５（ｂ）のセラミックセパレータを用いた酸
素センサの拡大断面図。

【図７】セラミックセパレータの本体部の輪郭形成軸断
面形状をその変形例とともに示す断面図。

【図８】上記本体部の輪郭形成軸断面形状の外形線の特
徴を説明する図。

【図９】本体部の輪郭形成軸断面形状のさらにいくつか
の変形例を示す断面図。

【図１０】セラミックセパレータのセパレータ側支持部
の第一の変形例を示す斜視図及びセパレータ側支持部の
輪郭形成軸断面形状の外形線の特徴を説明する図。

【図１１】同じく第二の変形例を示す斜視図。

【図１２】同じく第三の変形例を示す斜視図。

【図１３】同じく第四の変形例を示す斜視図。

【図１４】フィルタアセンブリの組み付け工程の説明
図。

【図１５】セラミックセパレータのセパレータ側支持部
の第五の変形例を示す斜視図。

【図１６】図１５のセラミックセパレータを用いた酸素
センサの拡大断面図。

【符号の説明】

１ 酸素センサ（ガスセンサ） ２ 酸素検出素子（検出素子） １０ ケーシング １６ フィルタアセンブリ（気体導入構造部） １８ セラミックセパレータ ５１ フィルタ保持部（フィルタ支持筒） ５２ 気体導入孔 ５３ フィルタ ７２ セパレータ側リード線挿通孔（リード線挿通孔） ７３ セパレータ側支持部 ７５ 本体部 ８０，８３ 引っ込み流通部（気体連通部） ８４ 気通孔（気体連通部） ９２ 隙間 ９５ 気通用貫通孔 １００ 通気溝（気体連通部） １０１ 外筒部材（フィルタ支持筒）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸状をなす検出素子と、 該検出素子を収容する筒状のケーシングと、 該ケーシングの軸線方向に配置され、前記検出素子から
   の各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通
   孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラ
   ミックセパレータとを有し、 該セラミックセパレータは、前記軸線と直交する平面で
   あって、当該セラミックセパレータの外形が連続した単
   一の輪郭で表される任意の切断面（以下、輪郭形成軸断
   面という）の外形線に対し、その幾何学的重心を中心と
   する内接円と外接円とを描き、さらにそれら内接円と外
   接円との中間に位置する仮想的な基準円を描いた場合
   に、前記輪郭形成軸断面の外形線の一部が前記基準円の
   内側に位置し、他の部分が該基準円の外側に位置する形
   態をなすことを特徴とするガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記セラミックセパレータは、前記輪郭
   形成軸断面の外形線が多角形状を呈する請求項１記載の
   ガスセンサ。
3. 【請求項３】 軸状をなす検出素子と、 該検出素子を収容する筒状のケーシングと、 該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して
   略同軸状に設けられるフィルタ支持筒と、 該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出素子
   からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線
   挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態の
   セラミックセパレータとを有し、 該セラミックセパレータの外周面にはフランジ状のセパ
   レータ側支持部が形成され、 該セパレータ側支持部の後方側で前記フィルタ支持筒の
   後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容
   するフィルタが配置され、 前記セパレータ側支持部には、気体連通部が前記軸線方
   向に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
4. 【請求項４】 前記気体連通部は、前記フィルタから前
   記セラミックセパレータの外周面に沿って前記ケーシン
   グの内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成し
   ている請求項３記載のガスセンサ。
5. 【請求項５】 前記セパレータ側支持部における輪郭形
   成軸断面の外形線が多角形状を呈するとともに、 前記気体連通部は、前記フィルタ支持筒の内面と、前記
   外形線を含む形態の前記セパレータ側支持部の外周面と
   の間に形成されている請求項３又は４記載のガスセン
   サ。
6. 【請求項６】 前記気体連通部は、前記セパレータ側支
   持部の外周面に平坦面状又は溝状に形成されている請求
   項３又は４記載のガスセンサ。
7. 【請求項７】 前記気体連通部は、前記セパレータ側支
   持部を貫通する孔状に形成されている請求項３又は４記
   載のガスセンサ。