JPH11248671A

JPH11248671A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPH11248671A
Application number: JP10064347A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Noda; 恵一野田; Kazuo Taguchi; 一夫田口; Hisaharu Nishio; 久治西尾
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルタ固定用の加締めリングを廃止でき、
しかも熱膨張等によるフィルタの緩みも生じにくいガス
センサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、外筒１８内に導入され
る外気を基準ガスとして作動する酸素濃淡電池素子を含
む検出素子２を有し、外筒１８の後端側の開口部には弾
性シール部材１５が嵌め込まれる。また、弾性シール部
材１５の外面と、外筒１８の内面とに両面がそれぞれ接
する形でフィルタ４０が配置され、外筒１８を弾性シー
ル部材１５に向けて加締めることにより固定されてい
る。そして、フィルタ４０に対応する位置において外筒
１８には気体導入孔１９が形成されており、該気体導入
孔１９から導入された外気が、フィルタ４０を透過した
後、弾性シール部材１５に形成された気体導入路９０を
経て外筒１８の内側空間に導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサ、ＨＣ
センサ、ＮＯ_X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し、特にその
検出素子が、外気を基準ガスとして作動する酸素濃淡電
池素子を含むガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のようなガスセンサとして例えば、
自動車エンジン等の内燃機関において、その空燃比制御
等に使用するための各種酸素センサが知られている。こ
の種の酸素センサとしては、検出部としての酸素濃淡電
池素子を例えばＺｒＯ₂等の酸素イオン電導性固体電解
質により構成したものが知られている。検出部は一般
に、軸状に形成された検出素子の先端に設けられる。こ
のような検出素子を金属製の外筒内に収容し、検出部の
先端外面を被検出雰囲気と接触させる一方、外筒の内側
空間に基準ガスとしての大気を導入し、該検出素子に生
ずる酸素濃淡電池起電力により被検出雰囲気中の酸素濃
度を測定することとなる。近年では特に、排気ガスによ
る大気汚染など環境保護上の問題に対応するために、排
気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサについ
ても、とりわけ高性能で長寿命のものに対する需要が高
まっている。

【０００３】ところで、上述のような酸素センサは自動
車に搭載される場合、エンジンルーム以外にも、例えば
車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられること
も多い。このような状況においては酸素センサは、雨中
走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けたり、油分等の汚
れの付着、さらには跳ね上がった小石等から受ける衝撃
など、かなり厳しい環境にさらされることとなる。この
場合、酸素検知素子を水滴や汚れの付着から保護するた
めに、これを収容するケーシングの構造としては、なる
べく高強度で密閉性の高いものを使用しなければならな
い。しかしながら、ケーシング内へは検知素子の基準ガ
スとして大気を導入する必要があることから、外部との
連通部も必ず設けなければならない。すなわち、上記酸
素センサを厳しい環境下で長期に亙って安定的に作動さ
せるには、水等に対する液密性を一定レベル以上に高め
つつ、しかも気通性は確保するという相反した課題を同
時に解決する必要がある。

【０００４】そこで、このような要求に応じるため、例
えば特開平８−２０１３３８号公報等には、外筒に気通
孔を設け、さらにこれを撥水性フィルタで覆うことによ
り、水滴等の侵入は阻止しつつ大気の流通は確保できる
ようにした構造の酸素センサが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示されて
いる酸素センサにおいては、外筒の末端部に気通孔を形
成し、この周囲を筒状の撥水性フィルタで覆った後、さ
らにその外側を気通孔を有する金属製の筒状の加締めリ
ングで覆い、該加締めリングとケーシングとの間に加締
め部を形成することにより、該フィルタを固定する構造
となっている。ところが、この構造では、フィルタを固
定するための加締めリングが必要となり、部品点数が増
大してコストアップにつながる問題がある。また、高速
運転時などセンサが高温化する環境下では、加締め部が
熱膨張を起こし、加締めリングとフィルタが緩んで防水
性が損なわれることにつながる懸念もある。

【０００６】本発明の課題は、フィルタ固定用の加締め
リングを廃止でき、しかも熱膨張等によるフィルタの緩
みも生じにくいガスセンサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
ガスセンサは、外筒と、その外筒内に収容されるととも
に、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出
部が先端側に形成され、かつその検出部が、外筒内に導
入される外気を基準ガスとして作動する酸素濃淡電池素
子を含む検出素子と、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軸方向に貫通し
て形成され、外筒の後端側の開口部に対しその内側に弾
性的にはめ込まれる弾性シール部材と、弾性シール部材
の外面と、外筒の内面とに両面がそれぞれ接する形で配
置され、それら弾性シール部材と外筒との間で保持され
るフィルタとを備え、フィルタに対応する位置において
外筒には気体導入孔が形成されており、該気体導入孔か
ら導入された外気が、フィルタを透過した後、弾性シー
ル部材に形成された気体導入路を経て外筒の内側空間に
導かれるようにしたことを特徴とする。

【０００８】弾性シール部材は、ゴムやエラストマー等
の有機弾性材料で構成でき、例えばフッ素ゴムやシリコ
ンゴムなどの耐熱性ゴムで構成することができる。ま
た、フィルタは、例えばポリテトラフルオロエチレン
等、フッ素系樹脂からなる多孔質樹脂形成物で構成され
た防水性かつ通気性を有するものを使用できる。具体的
には、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴ
ＦＥという）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも
低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得
られる多孔質繊維構造体（例えば、特公昭４２−１３５
６０、特公昭５１−１８９９１、特公昭５６−４５７７
３、特公昭５６−１７２１６、特開昭１４５７３５、特
開昭５９−１５２８２５、特開平３−２２１５４１、特
開平７−１２６４２８、特開平７−１９６８３１等、商
品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス
（株）））を用いたものを使用できる。

【０００９】上記本発明のガスセンサの構成において
は、フィルタを弾性シール部材と外筒との間で保持し、
外気を外筒側の気体導入孔から該フィルタ及び弾性シー
ル部材に形成された気体導入路を経て外筒内に導入する
ようにした。すなわち、フィルタを設けることで、水滴
等の侵入は阻止しつつ外気の流通は確保でき、しかもこ
のフィルタを固定するために従来設けられていた加締め
リングが廃止されるので、部品点数ひいてはセンサの製
造コストの削減を図ることができる。

【００１０】上記構成では、外筒を弾性シール部材に向
けて加締めることにより、フィルタをそれら外筒と弾性
シール部材との間で挟み付けた形で保持する構成とする
ことができる。これにより、弾性シール部材とフィルタ
及び外筒との間の気密性が向上し、これらの隙間を介し
た水滴等の侵入を効果的に阻止することができる。ま
た、加締めにより弾性シール部材は径方向に圧縮される
形で弾性変形するので、その弾性力によりフィルタを外
筒内面との間で強く挾圧保持する形となる。この場合、
温度上昇等により外筒が多少膨張しても、弾性シール部
材の弾性復帰力によりフィルタの挾圧状態が維持される
ので、該フィルタに緩み等も生じにくい。

【００１１】次に、フィルタは弾性シール部材の外周を
覆う形で配置することができ、気体導入路は、弾性シー
ル部材の外周面にその入り口部を、また底面にその出口
部を開口するものとして構成できる。これにより、外筒
の気体導入孔から導入された外気を、弾性シール部材を
経て外筒内にスムーズに導くことができる。

【００１２】気体導入孔は外筒の周方向に沿って所定の
間隔で複数個形成することができる。これにより、外筒
内へ外気を偏りなく導入することができる。また、外筒
は、気体導入孔の列を軸方向に挟む形で２本の環状の加
締め部が周方向に形成されるとともに、該外筒のそれら
加締め部の間に位置する部分が外向きに膨出しており、
その膨出部においてフィルタと外筒及び弾性シール部材
の少なくとも一方との間に隙間が形成される構成とする
ことができる。このようにすれば、フィルタの表面を空
気の流通路として有効利用することができ、例えば燃料
リッチな雰囲気においても検出特性が低下しない十分な
量の空気を確実にケーシング内に導くことができる。

【００１３】弾性シール部材は、外筒の軸線方向に隣接
する２部材からなるものとして構成できる。そして、そ
れらの外筒の開口部側に位置するものを第一部材、同じ
く反対側に位置するものを第二部材として、気体導入路
は、それら第一部材と第二部材との接合面上に形成され
て一端が弾性シール部材の外周面に開口して入り口部を
形成するとともに、他端側が該弾性シール部材の径方向
内側に伸びる第一通路と、第二部材を軸方向に貫くとと
もに、一端が第一通路と連通し、他端側が第二部材の底
面に開口して出口部を形成する第二通路とを含むものと
することができる。

【００１４】上記構成では、弾性シール部材を２分割
し、側面と底面とにそれぞれ両端を開口する気体導入路
を、両部材の接合面に位置する第一通路と、第二部材を
軸方向に貫通する第二通路との組み合わせにより形成す
るようにした。このような各部材はゴムの射出成形等に
より極めて容易に製造でき、それぞれ個別に製造してお
いて後で軸方向に接合することで、所期の形状の気体導
入路を有する弾性シール部材を簡易に得ることができ
る。

【００１５】この場合、第一部材及び第二部材の各接合
面の少なくとも一方に凸部を形成し、また、少なくとも
一方に凹部を形成するとともに、第一部材及び第二部材
の一方に形成された凸部を他方に形成された凹部に嵌合
させることにより、それら両部材を互いに接合するよう
に構成できる。該接合により第一部材及び第二部材は一
体化されて弾性シール部材となり、上記凹部と凸部との
嵌合により両部材への分解が生じにくい。これにより、
弾性シール部材は、２部分から構成されているにも拘わ
らず、その外筒への組み付け等を容易に行うことができ
る。

【００１６】より具体的には、第一部材には、第二部材
との接合面に該第二部材側に突出する凸部を周方向に所
定の間隔で複数形成し、隣接する各凸部の間に該凸部と
同数の凹部を形成することができる。また、第二部材に
も、第一部材との接合面に該第一部材側に突出する凸部
を周方向に所定の間隔で複数形成するとともに、隣接す
るそれら凸部の間に該凸部と同数の凹部を形成すること
ができる。そして、第一部材側の各凸部を第二部材側の
各凹部に、また、第二部材側の各凸部を第一部材側の各
凹部にそれぞれ嵌合させることにより、それら第一部材
と第二部材とを互いに接合し、第一通路は、第一部材側
の凸部頂面と該凸部が嵌合する第二部材側の凹部の底面
との間、及び第二部材側の凸部頂面と該凸部が嵌合する
第一部材側の凹部の底面との間にそれぞれ形成される構
成とすることができる。第一部材と第二部材との周方向
に並ぶ凹凸を互いに嵌合させることにより、第一部材と
第二部材とが軸線周りに相対回転することが阻止される
ので、外筒への組付けを一層容易に行うことができる。
また、複数の第一通路が弾性シール部材の中心軸線に関
して放射状に形成されるので、弾性シール部材内の気体
の流通をよりスムーズなものとすることができる。

【００１７】次に、第二部材は、第二通路の壁面の少な
くとも一部を含む部分を、残余の部分よりも硬質の材料
で構成された硬質材料部とすることができる。これによ
り、外筒を弾性シール部材に向けて加締める際に、第二
通路が加締めの圧縮力で潰れることが防止され、ひいて
は外筒に組み付けられた弾性シール部材内の気体の流通
をより確実なものとすることができる。

【００１８】この場合、第二部材は、第一部材との接合
面に開口する有底の筒状部材装着凹部が形成された本体
部と、その本体部よりも硬質の材料（例えばセラミック
あるいは金属など）で構成されて軸方向の貫通孔を有
し、筒状部材装着凹部内に装着される筒状部材（硬質材
料部）とを備えるものとして構成することができる。こ
の場合、筒状部材装着凹部の底部には、該第二部材の軸
線方向においてこれを貫通する本体部側貫通孔を形成
し、その本体部側貫通孔と筒状部材側の貫通孔とを互い
に連通させて第二通路を形成するようにする。これによ
れば、筒状部材を筒状部材装着凹部に装着するだけで、
硬質材料部を簡単に形成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照して説明する。図１には、この発
明のガスセンサの一実施例として、自動車等の排気ガス
中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示している。こ
の酸素センサ１は通称λセンサあるいはＯ₂センサと呼
ばれるもので、細長い形状のセラミック素子２（検出素
子）を備え、その先端側が排気管内を流れる高温の排気
ガスに晒される。

【００２０】セラミック素子２は方形状断面を有する細
長い板状に形成されており、図２（ａ）に示すように、
それぞれ横長板状に形成された酸素濃淡電池素子２１
と、該酸素濃淡電池素子２１を所定の活性化温度に加熱
するヒータ２２とが積層されたものとして構成されてい
る。酸素濃淡電池素子２１は、酸素イオン伝導性を有す
る固体電解質により構成されている。そのような固体電
解質としては、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ
₂が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金
属ないし希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使
用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂
が含有されていてもよい。一方、ヒータ２２は、高融点
金属あるいは導電性セラミックで構成された抵抗発熱体
パターン２３をセラミック基体中に埋設した公知のセラ
ミックヒータで構成されている。

【００２１】酸素濃淡電池素子２１には、その長手方向
における一方の端部（主体金具３の先端より突出する部
分）寄りにおいてその両面に、酸素分子解離能を有した
多孔質電極２５，２６が形成されており、それら電極２
５，２６及びそれらの間に挟まれる固体電解質部分とが
検出部Ｄを形成することとなる。

【００２２】各多孔質電極２５，２６からは、該酸素濃
淡電池素子２１の長手方向に沿って酸素センサ１の取付
基端側に向けて延びる電極リード部２５ａ，２６ａがそ
れぞれ一体に形成されている。このうち、ヒータ２２と
対向しない側の電極２５からの電極リード部２５ａは、
その末端が電極端子部７として使用される。一方、ヒー
タ２２に対向する側の電極２６の電極リード部２６ａ
は、図２（ｃ）に示すように、酸素濃淡電池素子２１を
厚さ方向に横切るビア２６ｂにより反対側の素子面に形
成された電極端子部７と接続されている。すなわち、酸
素濃淡電池素子２１は、両多孔質電極２５，２６の電極
端子部７が電極２５側の板面末端に並んで形成される形
となっている。上記各電極、電極端子部及びビアは、Ｐ
ｔ又はＰｔ合金など、酸素分子解離反応の触媒活性を有
した金属粉末のペーストを用いてスクリーン印刷等によ
りパターン形成し、これを焼成することにより得られる
ものである。

【００２３】一方、ヒータ２２の抵抗発熱体パターン２
３に通電するためのリード部２３ａ，２３ａも、図２
（ｄ）に示すように、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２
１と対向しない側の板面末端に形成された電極端子部
７，７に、それぞれビア２３ｂを介して接続されてい
る。

【００２４】図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、酸素
濃淡素子２１とヒータ２２との間にはスペーサ部２８が
介挿されて全体が焼成により一体化されている。このス
ペーサ部２８は、多孔質電極２６に対応する位置に酸素
基準室２８ａが形成されている。また、スペーサ部２８
には幅方向中央部において自身の長手方向に沿うように
大気導入路（基準ガス供給通路）２８ｂが形成され、そ
の一端が酸素基準室２８ａに連通し、他端が該スペーサ
部２８の後端面に開口して大気導入口２９を形成してい
る。これにより、図４（ｂ）に示すように、セラミック
素子２において酸素基準室２８ａには大気導入口２９か
ら大気導入路２８ｂを経て大気が導入され、多孔質電極
２６が酸素基準電極として機能することとなる。

【００２５】このようなセラミック素子２が、図１に示
すように、主体金具３の内側に配置された絶縁体４の挿
通孔３０に挿通され、先端の検出部Ｄが、排気管に固定
される主体金具３の先端より突出した状態で絶縁体４内
に固定される。絶縁体４には、その軸線方向において挿
通孔３０の後端に一端が連通し、他端が絶縁体４の後端
面に開口するとともに軸断面が該挿通孔３０よりも大径
の空隙部３１が形成されている。そして、その空隙部３
１の内面とセラミック素子２の外面との間は、ガラス
（例えば結晶化亜鉛シリカホウ酸系ガラス）を主体に構
成される封着材層３２により封着されている。

【００２６】図１に示すように、絶縁体４と主体金具３
との間には、それらに軸線方向に隣接してタルクリング
３６と加締めリング３７とがはめ込まれ、主体金具３の
後端側外周部を加締めリング３７を介して絶縁体４側に
加締めることにより、絶縁体４と主体金具３とが固定さ
れている。また、主体金具３の先端外周には、セラミッ
ク素子２の突出部分を覆う金属製の２重のプロテクトカ
バー６ａ，６ｂがレーザー溶接あるいは抵抗溶接（例え
ばスポット溶接）等によって固着されている。これらカ
バー６ａ，６ｂはキャップ状を呈するもので、その先端
や周囲に、排気管内を流れる高温の排気ガスをカバー６
内に導く開口６ｃ，６ｄが形成されている。一方、主体
金具３の後端部は金属製の外筒１８の先端部内側に挿入
され、その重なり部において周方向に環状に形成された
結合部としての溶接部（例えばレーザー溶接部）３５に
より互いに気密状態で接合されている。なお、結合部と
して溶接部３５は、レーザー溶接に代えて環状の加締め
部により形成してもよいが、特に高い防水性が望まれる
用途に使用する場合は、レーザー溶接の方が液密性に優
れているのでより望ましいといえる。また、本明細書で
は、主体金具３の軸線方向において検出部Ｄの突出側を
前方側とし、これと反対側を後方側としている。

【００２７】次に、図１０に示すように、外筒１８の後
端部側壁には、周方向に沿って所定の間隔で複数の気体
導入孔１９が形成されている。そして、外筒１８の後端
開口部には、ゴム等の弾性材料で構成された弾性シール
部材としてのグロメット１５が、上記気体導入孔１９を
気通状態で塞ぐフィルタ４０を介して外筒１８の内側に
配置されている。そして、フィルタ４０及びグロメット
１５は、気体導入孔１９の列の両側に形成された環状の
加締め部３８，３９により、外筒１８に対して固定され
ている。

【００２８】外筒１８は加締め部３８，３９の間に位置
する部分が外向きに凸状に膨出し、フィルタ４０の外面
と外筒１８内面との間には、周方向の環状の隙間ｇ１が
形成されている。また、グロメット１５の軸方向中間に
は、後述の結合部８７の形成位置に対応して、環状の凹
部８７ａが形成されている。上記隙間ｇ１と凹部８７ａ
とは、気体導入孔１９から導かれた外気の滞留空間とし
て機能し、ひいてはフィルタ４０に対し外気をスムーズ
に流通させる役割を果たす。

【００２９】図４に示すように、グロメット１５は、全
体が外筒１８の内面形状に対応した円柱形状とされると
ともに、セラミック素子２用のリード線１４（本実施例
では４本）を挿通するためのリード線挿通孔４５（図４
（ｂ））が軸方向に貫通して形成されている。またグロ
メット１５は、その軸線方向において第一部材４１と第
二部材５１との２分割構造とされており、図４（ｂ）及
び図５に示すように、これら第一部材４１と第二部材５
１とが互いに組み合わされて一体化され、さらにその外
側に円筒状のフィルタ４０が外挿される形となってい
る。なお、図１に示すように気体導入孔１９は、第一部
材４１と第二部材５１との結合部８７（図４（ｂ））に
おいてグロメット１５の外周面に開口している。

【００３０】ここで、フィルタ４０は、例えばポリテト
ラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）の未焼成
成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以
上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造
体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテック
ス（株）））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。こ
れにより、外筒１８の気体導入孔１９からフィルタ４０
を経て、基準ガスとしての大気（外気）が外筒１８内に
導入されるとともに（詳細は後述）、水滴等の液体状態
の水は外筒１８内に侵入することが阻止されるようにな
っている。

【００３１】また、外筒１８には、図１に示すようにグ
ロメット１５に続いてそのさらに内方側にコネクタ部１
３が設けられている。リード線１４の後端側はグロメッ
ト１５を貫通して外部に延び、それらの先端にコネクタ
プラグ１６が連結され、各リード線１４の外部に延びる
部分には、これらを収束して保護する保護チューブ１７
が被せられている。一方、リード線１４の先端側は、コ
ネクタ部１３を介して図２に示すセラミック素子２の各
電極端子部７（４極を総称する）に電気的に接続されて
いる。

【００３２】コネクタ部１３は、図３に示すように、セ
ラミック素子２の電極端子部７と、リード線１４との導
通をとるために、リード線１４と接続する雌コンタクト
８、２分割のセラミックハウジング９、同じく２分割の
固定金具１０、１対の押圧バネ１１，１１及び１個の加
締めリング１２よりなる差し込み部材をセラミック素子
２の電極端子部７に挿入し、加締めリング１２の外周を
加締めることにより、各押圧バネ１１に変位を与え、雌
コンタクト８を所定の圧力で電極端子部７に押圧するよ
うに構成されている。すなわち、加締めリング１２が外
側から複数箇所で加締められることで、その内側の押圧
バネ１１、１１が弾性的に圧縮させられ、さらに内側の
固定金具１０がその押圧バネ１１のバネ力に基づき、セ
ラミックハウジング９を介して雌コンタクト８を前記セ
ラミック素子２の電極端子部７に押し付けることとなる
（図４（ｂ）及び（ｃ）も参照）。

【００３３】次にグロメット１５の構成について詳しく
説明する。図４に示すように、その第一部材４１にはリ
ード線１４を挿通するための挿通孔４５’（本実施例で
は４つ）が軸方向に貫通して形成されている。挿通孔４
５’は図６に示すように、本体部４３の軸線回りにおい
て所定の角度間隔（本実施例ではほぼ９０度）に複数個
（本実施例４つ）形成されている。また、本体部４３の
端面４３ａには、該端面４３ａから軸線方向に突出する
複数（本実施例では２つ）の凸部４２，４２が形成され
ており、それら凸部４２，４２の間には複数（本実施例
では２つ）の凹部４４，４４が形成されている。各凸部
４２及び凹部４４はそれぞれ例えば略扇型の平面形状を
有し、前記複数の挿通孔４５’はこれら凸部４２及び凹
部４４にそれぞれ対応する位置に形成されている。ま
た、各凸部４２，４２の先端面には、半径方向の溝部４
７が形成されている。

【００３４】一方、図４及び図７に示すように、第二部
材５１も第一部材４１と同様の挿通孔４５’を有すると
ともに、その端面５３ａには凸部５２，５２、凹部５
４，５４が形成され、各凸部５２，５２の先端面には半
径方向に沿って溝部５７が形成されている。また、図７
に示すように、本体部５３の末端部外周面にはその周方
向に沿って、外向きに突出するフィルタ受け部としての
フランジ部５９が形成されている。一方、本体部５３の
中心部には第二通路形成部材としての筒状部材９５が軸
方向に埋設されている。筒状部材９５はグロメット１５
を構成するゴムよりも硬質の材質、例えばセラミック等
により構成されるとともに、軸方向に貫通する筒状部材
側貫通孔６１を有する。そして、筒状部材９５は、本体
部５３の端面５３ａに開口する第二通路形成部材装着部
としての筒状部材装着凹部５３ｂに押し込まれることに
より装着されている。また、本体部５３には、筒状部材
装着凹部５３ａの底部を貫通する形で本体部側貫通孔５
３ｃがほぼ同心的に形成されている。そして、筒状部材
９５の筒状部材側貫通孔６１と本体部５３の本体部側貫
通孔５３ｃとは互いに連通し、図８（ｂ）に示す大気導
入路（気体導入部）９０の第二通路９０ｂを形成するこ
ととなる。

【００３５】図４及び図５に示すように、第一部材４１
及び第二部材５１は、第一部材４１の凸部４２，４２が
第二部材５１の凹部５４，５４に、第二部材５１の凸部
５２，５２が第一部材の凹部４４，４４にそれぞれ嵌め
込まれて軸方向に互いに結合され、それら両部材４１，
５１の各凸部４２，４２及び５２，５２は一体化して、
本体部４３，５３よりも径小な円柱形状の結合部８７を
形成する。そして、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すよう
に、結合部８７において両凸部４２，５２が互いに密着
状態で嵌合しあうことで、第一部材４１と第二部材５１
との軸線回りにおける回転が阻止されるとともに、両部
材４１，５１の各挿通孔４５’は互いに連通し合ってそ
れぞれリード線挿通孔４５となる。

【００３６】また、両部材４１，５１の各凸部４２，５
２の先端面に形成されている溝部４７，５７（図６及び
図７）は、図５に示すように、それら凸部４２，５２が
嵌合する凹部５４，４４の底面に上面側が塞がれて、大
気導入路９０（本実施例では４箇所）の第一通路９０ａ
（図８（ｂ））となる。該第一通路９０ａは、結合部８
７（すなわちグロメット１５）の外周面に開口する形で
その半径方向に形成され、第二部材５１側の第二通路９
０ｂと互いに連通している。これにより、図１０に示す
ように、大気導入路９０は、大気導入孔１９及びフィル
タ４０を経て外部から導かれる大気を、外筒１８の内側
に導く役割を果たすこととなる。

【００３７】上記グロメット１５を外筒１８に組み付け
る際には、まず、図４に示すようにグロメット１５の外
周に対し第一部材４１側からフィルタ４０を装着し、リ
ード線挿通孔４５にリード線１４を挿通する。ここで、
第二部材５１のフランジ部５９は、フィルタ４０のグロ
メット１５に対する軸線方向の位置ずれを防止する役割
を果たす。そして、同図（ｃ）に示すように、グロメッ
ト１５をコネクタ部１３の後端部に当接させた状態で、
図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、外筒１８の後端開
口部１８ａ内に位置させる。

【００３８】この状態で、大気導入孔１９の軸線方向両
側において、外筒１８を外側からフィルタ４０及びグロ
メット１５に向けて周方向に加締めることにより、環状
の加締め部３８，３９（図９（ｃ））が形成される。こ
れによりグロメット１５は、外筒１８の加締めに伴い圧
縮変形し、リード線１４とリード線挿通孔４５とを密着
させた状態で外筒１８内に固定されることとなる。な
お、グロメット１５の第二部材５１には、加締め部３９
の形成位置に対応して前述の円筒部材９５が埋設されて
いる。円筒部材９５はセラミック（あるいは金属でもよ
い）等の硬質材料から構成されているので、グロメット
１５が加締めにより圧縮されても、大気導入路９０の一
部をなす筒状部材側貫通孔６１がつぶれることが防止さ
れる。

【００３９】以下、酸素センサ１の作動について説明す
る。図１に示すように、酸素センサ１は、主体金具３の
ねじ部３ａにおいて車両の排気管等に固定され、またコ
ネクタプラグ１６が図示しないコントローラに接続され
て使用に供される。そして、その検出部Ｄが排気ガスに
晒されると、酸素濃淡電池素子２１の多孔質電極２５
（図２）が排気ガスと接触し、酸素濃淡電池素子２１に
は該排気ガス中の酸素濃度に応じた酸素濃淡電池起電力
が生じる。この起電力が、電極リード部２５ａ及び２６
ａを経て電極端子部７，７、さらにはリード線１４，１
４を介してセンサ出力として取り出される。この種のλ
センサ（あるいはＯ₂センサ）は、排気ガス組成が理論
空燃比となる近傍で濃淡電池起電力が急激に変化する特
性を示すことから、空燃比検出用に広く使用されるもの
である。

【００４０】基準大気導入用の大気は、図１０に示すよ
うに、気体導入孔１９から導入され、フィルタ４０及び
グロメット１５の大気導入路９０を経て、セラミック素
子２の大気導入口２９に導かれる。

【００４１】上記酸素センサ１においては、大気導入路
９０をグロメット１５に形成し、そのグロメット１５の
外側にフィルタ４０を配置するとともに、外筒１８に加
締め部３８，３９を形成し、フィルタ４０をグロメット
１５と外筒１８との間でいわば挟み付けて固定する構成
とした。これにより、従来のように、外筒の外側にフィ
ルタを配置し、さらに外側から加締めリングで挟み込ん
でフィルタを保持する構造と比較して、加締めリングが
不要となる分だけ部品点数が削減され、組み付け効率も
向上する。また、加締め部３８，３９の加締め力により
グロメット１５が径方向に圧縮されるので、温度上昇等
により外筒１８が多少膨張しても、グロメット１５の弾
性復帰力によりフィルタ４０の挾圧状態が維持されるの
で、該フィルタ４０に緩み等も生じにくい。

【００４２】次に、図１１に示すように、セラミック素
子２の軸線方向において封着材層３２の両端には、セラ
ミック素子２の外面と空隙部３１の内面との間を埋める
ように緩衝層３３及び３４をそれぞれ形成することがで
きる。これら緩衝層３３，３４は、いずれも多孔質無機
物質により構成され、具体的には封着材層３２に含まれ
るガラスよりも耐熱性に優れた充填材粒子と、その充填
材粒子の隙間の一部を埋めるとともに充填材粒子よりも
軟化温度の低い結合粒子とを含んだものとして構成され
る。このうち、セラミック素子２の軸線方向において封
着材層３２に対し、該セラミック素子２の先端部に近い
側に位置する緩衝層３４は、充填材粒子がＡｌ₂Ｏ₃粒子
により、また、結合粒子が封着材層２１に含まれるガラ
スよりも耐熱性に優れ、かつ充填材粒子よりも軟化温度
の低い粒子、例えば粘土粒子により構成されている。粘
土粒子は、含水アルミノケイ酸塩を主体に構成されるも
のを使用でき、例えばアロフェン、イモゴライト、ヒシ
ンゲライト、スメクタイト、カオリナイト、ハロイサイ
ト、モンモリロナイト、イライト、バーミキュライト等
の粘土鉱物（あるいはそれらの合成物）の２種以上を主
体とするものとして構成できる。また、含有される酸化
物系成分の観点においては、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃を含
有し、さらに必要に応じて、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｃａ
Ｏ、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏ等の１種又は２種以上を
主に、含有するものを使用することができる。

【００４３】なお、以上の実施例ではガスセンサは、検
出素子（セラミック素子）として酸素濃淡電池素子のみ
を用いるλセンサとして構成されていたが、これを他の
タイプのガスセンサ素子として構成することも可能であ
る。以下、いくつかの例を示す。まず、図１２は全領域
酸素センサ素子とした場合の概念図である。この場合、
セラミック素子６０はそれぞれ酸素イオン伝導性固体電
解質で構成される酸素ポンプ素子６１と酸素濃淡電池素
子６２とが測定室６５を挟んで対向配置された構造を有
し、排気ガスは多孔質セラミック等で構成された拡散孔
６７を通って測定室６５に導入される。なお、符号６９
は、酸素ポンプ素子６１と酸素濃淡電池素子６２とを加
熱するためのヒータである。そして、酸素濃淡電池素子
６２は、素子内に埋設された電極６３を酸素基準電極と
して、測定室６５側の電極６４との間に生ずる濃淡電池
起電力により、測定室６５内の酸素濃度を測定する。一
方、酸素ポンプ素子６１には電極６６及び６８を介して
図示しない外部電源により電圧が印加され、その電圧の
向きと大きさにより定まる速度で、測定室６５に対し酸
素を汲み込む又は汲み出すようになっている。そして、
該酸素ポンプ素子６１の作動は、酸素濃淡電池素子６２
が検知する測定室６５内の酸素濃度に基づいて図示しな
い制御部により、該測定室６５内の酸素濃度が一定に保
持されるように制御され、このときの酸素ポンプ素子６
１のポンプ電流に基づいて排気ガスの酸素濃度を検出す
る。

【００４４】また、図１３は、セラミック素子を２チャ
ンバー方式のＮＯ_Xセンサ素子とした場合の例を示して
いる。セラミック素子７０はＺｒＯ₂等の酸素イオン伝
導性固体電解質で構成され、その内部には第一及び第二
の測定室７１，７２が隔壁７１ａを挟んで形成されると
ともに、上記隔壁７１ａには多孔質セラミック等で構成
されてそれらを互いに連通させる第二拡散孔７３が形成
されている。また、第一測定室７１は第一拡散孔７４に
より周囲雰囲気と連通している。そして、第一測定室７
１に対しては電極７６及び７７を有する第一酸素ポンプ
素子７５が、また、第二測定室７２に対しては電極７９
及び８０を有する第二酸素ポンプ素子７８が、それぞれ
壁部７１ａに関して反対側に位置している。また、隔壁
７１ａには、第一測定室７１内の酸素濃度を検出する酸
素濃淡電池素子８３（隔壁７１ａ内の酸素基準電極８１
と、第一測定室７１に面する対向電極８２を有する）が
形成されている。なお、符号８６は、第一酸素ポンプ素
子７５、第二酸素ポンプ素子７８及び酸素濃淡電池素子
８３を加熱するためのヒータである。

【００４５】その作動であるが、まず第一測定室７１内
に周囲雰囲気のガスが第一拡散孔７４を通って導入され
る。そして、その導入されたガスから酸素が第一酸素ポ
ンプ素子７５により汲み出される。なお、測定室内の酸
素濃度は酸素濃淡電池素子８３により検出され、その検
出値に基づいて図示しない制御部により第一の酸素ポン
プ素子７５は、第一測定室７１内のガス中の酸素濃度
が、ＮＯ_Xの分解を起こさない程度の一定値となるよう
に、その酸素汲み出しのための作動が制御される。この
ようにして酸素が減じたガスは第二測定室７２へ第二拡
散孔７３を通って移動し、そこでガス中のＮＯ_Xと酸素
とが完全に分解するように、第二酸素ポンプ素子７８に
より酸素が汲み出される。このときの第二酸素ポンプ素
子７８のポンプ電流に基づいてガス中のＮＯ_Xの濃度を
検出する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスセンサの一例を示す酸素センサの
縦断面図。

【図２】その検出素子としてのセラミック素子の構造を
示す説明図。

【図３】コネクタ部の分解斜視図。

【図４】グロメットの分解斜視図、及びセラミック素子
とコネクタ部とグロメットとの組み付け状態を示す斜視
図。

【図５】グロメットの斜視図、及びフィルタを外挿した
状態の斜視図。

【図６】第一部材の斜視図、及びその三面図。

【図７】第二部材の斜視図、及びその三面図。

【図８】グロメットの正面図、及びその各部における断
面図。

【図９】グロメットの外筒への組み付け状態を示す作用
説明図。

【図１０】図１の部分拡大図。

【図１１】図１の酸素センサにおける緩衝層の形成形態
の変形例を示す断面図。

【図１２】セラミック素子が全領域酸素センサ素子で構
成される例を示す断面模式図。

【図１３】同じくＮＯ_Xセンサ素子で構成される例を示
す断面模式図。

【符号の説明】

１酸素センサ（ガスセンサ）２，６０，７０セラミック素子（検出素子）３主体金具１５グロメット（弾性シール部材）１８外筒１９気体導入孔４０フィルタ３８、３９加締め部４１第一部材４５リード線挿通孔５１第二部材９０気体導入路９０ａ第一通路９０ｂ第二通路９５筒状部材（硬質材料部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒と、その外筒内に収容されるととも
に、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出
部が先端側に形成され、かつその検出部が、前記外筒内
に導入される外気を基準ガスとして作動する酸素濃淡電
池素子を含む検出素子と、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軸方向に貫通して形成され、前記
外筒の後端側の開口部に対しその内側に弾性的にはめ込
まれる弾性シール部材と、前記弾性シール部材の外面と、前記外筒の内面とに両面
がそれぞれ接する形で配置され、それら弾性シール部材
と外筒との間で保持されるフィルタとを備え、前記フィルタに対応する位置において前記外筒には気体
導入孔が形成されており、該気体導入孔から導入された
外気が、前記フィルタを透過した後、前記弾性シール部
材に形成された気体導入路を経て前記外筒の内側空間に
導かれるようにしたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】前記外筒を前記弾性シール部材に向けて
加締めることにより、前記フィルタをそれら外筒と弾性
シール部材との間で挟み付けた形で保持するようにした
請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】前記フィルタは前記弾性シール部材の外
周を覆う形で配置されるとともに、前記気体導入路は、前記弾性シール部材の外周面にその
入り口部を、また底面にその出口部を開口している請求
項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】前記気体導入孔は前記外筒の周方向に沿
って所定の間隔で複数個形成され、前記外筒には、前記気体導入孔の列を軸方向に挟む形で
２本の環状の加締め部が周方向に形成されるとともに、
該外筒のそれら加締め部の間に位置する部分が外向きに
膨出しており、その膨出部において前記フィルタと前記
外筒及び前記弾性シール部材の少なくとも一方との間に
隙間が形成されている請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】前記弾性シール部材は、前記外筒の軸線
方向に隣接する２部材からなり、それらの前記外筒の開
口部側に位置するものを第一部材、同じく反対側に位置
するものを第二部材として、前記気体導入路は、それら第一部材と第二部材との接合
面上に形成されて一端が前記弾性シール部材の外周面に
開口して前記入り口部を形成するとともに、他端側が該
弾性シール部材の径方向内側に伸びる第一通路と、前記
第二部材を軸方向に貫くとともに、一端が前記第一通路
と連通し、他端側が前記第二部材の底面に開口して前記
出口部を形成する第二通路とを含む請求項３又は４に記
載のガスセンサ。
【請求項６】前記第一部材及び前記第二部材の各接合
面の少なくとも一方に凸部を形成し、また、少なくとも
一方に凹部を形成するとともに、前記第一部材及び前記第二部材の一方に形成された前記
凸部を他方に形成された前記凹部に嵌合させることによ
り、それら両部材を互いに接合するようにした請求項５
記載のガスセンサ。
【請求項７】前記第二部材は、前記第二通路の壁面の
少なくとも一部を含む部分が、残余の部分よりも硬質の
材料で構成された硬質材料部とされている請求項５又は
６に記載のガスセンサ。
【請求項８】前記第二部材は、前記第一部材との接合
面に開口する有底の筒状部材装着凹部が形成された本体
部と、その本体部よりも硬質の材料で構成されて軸方向
の貫通孔を有し、前記筒状部材装着凹部内に装着される
前記硬質材料部としての筒状部材とを備え、前記筒状部
材装着凹部の底部には、該第二部材の軸線方向において
これを貫通する本体部側貫通孔が形成され、その本体部
側貫通孔と前記筒状部材側の前記貫通孔とが互いに連通
して前記第二通路が形成されている請求項７記載のガス
センサ。