(57)【要約】【課題】ロウ材のマイグレーションを抑制すると共に、製造コストの上昇を抑制することができるヒータおよびガスセンサを提供する。【解決手段】軸線方向に沿って延びるセラミック基体２１と、セラミック基体２１の一端側に埋め込まれた発熱抵抗体と、セラミック基体２１の他端側の表面に設けられ発熱抵抗体と電気的に接続されるとともに、外部の電源から電力を供給する電気路がロウ付けされた電極パッド２６と、セラミック基体２１のうち、電極パッド２６よりも一端側に接触する部位を有し、電極パッド２６と異なる電位に設定される端子部５１と、が設けられ、セラミック基体２１の表面のうち、電極パッド２６と端子部５１との間に設けられるダミーパターン２７であって、電極パッド２６よりも軸線方向一端側にセラミック基体２１の表面を介在させて配置しつつ、電極パッド２６と同じ電位が印加されるダミーパターン２７とを備えてなる。【選択図】  図３
2013077504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に沿って延びるセラミック基体と、
前記セラミック基体の一端側において、前記セラミック基体内に埋め込まれた発熱抵抗体と、
前記セラミック基体の他端側において、前記セラミック基体の表面に設けられ前記発熱抵抗体と電気的に接続されるとともに、外部の電源から電力を供給する電気路がロウ付けされた電極パッドと、
前記セラミック基体のうち、前記電極パッドよりも一端側に接触する部位を有し、前記電極パッドと異なる電位に設定される端子部と、
が設けられたヒータであって、
前記セラミック基体の表面のうち、前記電極パッドと前記端子部との間に設けられるダミーパターンであって、前記電極パッドよりも軸線方向一端側に前記セラミック基体の表面を介在させて配置しつつ、前記電極パッドと同じ電位が印加されるダミーパターンとを備えてなるヒータ。
【請求項２】
該ダミーパターンは、前記電極パッドとの間に隙間を形成して配置され、
前記ダミーパターンにおける前記軸線方向と交差する方向の長さは、前記電極パッドの前記交差する方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１記載のヒータ。
【請求項３】
前記ダミーパターンは、前記電極パッドに電力を供給する前記電気路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記ダミーパターンは前記電極パッドに電気的に直接接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項５】
前記電極パッドは、前記軸線方向に沿って延びる側辺を有する矩形状に形成され、
前記電極パッドを複数配置する際には、前記ダミーパターンから前記側辺に沿って延びる側辺路が前記電極パッド同士の側辺間に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒータ。
【請求項６】
前記セラミック基体には、少なくとも、セラミック基体の側面を覆う膜状のシート部が備えられ、
前記電極パッド、前記ダミーパターンおよび前記側辺路は、前記シート部の上に配置され、
前記側辺路は、前記シート部の中央側に配置されるとともに、前記電極パッドは、前記側辺路よりも前記シート部の外側に配置されていることを特徴とする請求項５項記載のヒータ。
【請求項７】
軸線方向に沿って延びる有底筒状に形成されたガス検出素子と、
該ガス検出素子の内部に配置されると共に、前記ガス検出素子の内面に押し付けられる請求項１から請求項６のいずれかに記載のヒータと、
が設けられていることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータおよびガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定雰囲気に含まれる特定ガスの濃度を測定するガスセンサとして、特定ガスの濃度を測定する有底円筒状のガス検出素子と、ガス検出素子を作動温度にまで加熱するセラミックヒータと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
セラミックヒータＰ１には、図１０（ａ）に示すように、円柱状に形成されたセラミック体Ｐ２と、セラミック体Ｐ２に巻き付けられたセラミックシートＰ３と、外部電源から電力が供給される電極パッドＰ４と、電極パッドＰ４を介して供給された電力によって熱を発生させる発熱部Ｐ５と、セラミックヒータＰ１の一部をガス検出素子の内壁に押し付けると共にガス検出素子の出力信号を外部に導くセンサ出力端子Ｐ６と、が設けられている。発熱部Ｐ５において発生した熱は、熱伝導によって、または、熱輻射によって、セラミックヒータＰ１からガス検出素子に伝わり、ガス検出素子を作動温度にまで加熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１４８２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のセラミックヒータＰ１の場合、外部電源から電力を供給する配線を電極パッドＰ４に電気的に接続させる方法として、ロウ材を用いたロウ付けが用いられている。このロウ材には、イオン化されやすい金属材料が含まれており、イオン化したロウ材の金属イオン（正の電荷を有するイオン）は、周囲の電圧勾配によって電圧の低い方向へ移動する（マイグレーションする）。
【０００６】
上述のセラミックヒータＰ１について考えると、図１０（ｂ）に示すように、一対の電極パッドＰ４のうち、高圧電位が印加される電極パッドＰ４において最も電圧が高くなる。ここと比較すると、センサ出力端子Ｐ６では電圧は低くなる。そのため、高圧電位が印加される電極パッドＰ４におけるロウ材の金属イオンは、電圧の低いセンサ出力端子Ｐ６に向かって、セラミックシートＰ３の表面上を移動する。
【０００７】
その結果、高圧電位が印加される電極パッドＰ４とセンサ出力端子Ｐ６との間をロウ材によって電気的につなぐ経路が形成されやすくなり、絶縁性を確保することが難しいという問題があった。
【０００８】
上述の問題を解決する方法として、イオン化しにくい金属材料を含むロウ材を用いてロウ付けする方法が考えられる。しかしながら、イオン化しにくい材料を含むロウ材は、イオン化しやすい材料を含むロウ材と比較して、価格が高いという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ロウ材のマイグレーションを抑制すると共に、製造コストの上昇を抑制することができるヒータおよびガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のヒータは、軸線方向に沿って延びるセラミック基体と、前記セラミック基体の一端側において、前記セラミック基体内に埋め込まれた発熱抵抗体と、前記セラミック基体の他端側において、前記セラミック基体の表面に設けられ前記発熱抵抗体と電気的に接続されるとともに、外部の電源から電力を供給する電気路がロウ付けされた電極パッドと、前記セラミック基体のうち、前記電極パッドよりも一端側に接触する部位を有し、前記電極パッドと異なる電位に設定される端子部と、が設けられたヒータであって、前記セラミック基体の表面のうち、前記電極パッドと前記端子部との間に設けられるダミーパターンであって、前記電極パッドよりも軸線方向一端側に前記セラミック基体の表面を介在させて配置しつつ、前記電極パッドと同じ電位が印加されるダミーパターンとを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明のヒータによれば、電極パッドと端子部との間に、セラミック基体の表面を介在させつつダミーパターンを配置するとともに、ダミーパターンに電極パッドと同じ電位が印加されるため、電極パッドとダミーパターンとの間に電位差が形成されることが抑制される。そのため、電極パッドのロウ付けに用いられたロウ材に含まれる金属材料がイオン化して端子部に向かって移動するマイグレーションの発生を抑制することができる。
【００１２】
また、セラミック基体上の電極パッドと端子部との間にダミーパターンを設けるだけなので、電極パッドの形成と同時にダミーパターンを形成することが可能となり、製造工程の増加を抑制し、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００１３】
上記発明において前記ダミーパターンにおける前記軸線方向と交差する方向の長さは、前記電極パッドの前記交差する方向の長さよりも長いことが望ましい。
このように、軸線方向と交差する方向、より好ましくは直交する方向において、ダミーパターンの長さを、電極パッドの長さよりも長くすることにより、マイグレーションの発生をより確実に抑制することができる。つまり、ロウ材の金属イオンが、電極パッドから端子部に向かって移動するためには、ダミーパターンを迂回して移動する必要がある。金属イオンの移動経路をさえぎる形状にダミーパターンを形成することにより、上述の迂回経路が長くなり、マイグレーションの発生がさらに抑制される。上述のように、軸線方向と交差する方向、より好ましくは直交する方向において、ダミーパターンの長さを電極パッドの長さよりも長くすると、言い換えると、軸線方向から見て、ダミーパターンが電極パッドよりも横方向に突出する形状にダミーパターンを形成とすると、ダミーパターンは金属イオンの最短移動経路をさえぎることができる。
【００１４】
上記発明において前記ダミーパターンは、前記電極パッドに電力を供給する前記電気路に電気的に接続されていることが望ましい。
このようにダミーパターンを、電極パッドに電力を供給する電気路と電気的に接続することにより、ダミーパターンには、外部の電源から電極パッドに供給される電圧と同じ電圧が印加される。そのため、ダミーパターンの電位を、容易かつ確実に、電極パッドの電位と同じ電位にすることができる。
【００１５】
上記発明において前記ダミーパターンは、前記電極パッドに電気的に直接接続されていることが望ましい。
このようにダミーパターンを電極パッドに直接、電気的に接続することにより、ダミーパターンの電位を、容易かつ確実に、電極パッドの電位と同じ電位にすることができる。さらに、ダミーパターンと電極パッドとが電気的に分離された状態で配置されている場合には、外部の電源から電力を供給する電気路を、ダミーパターンおよび電極パッドの両方に電気的に接続する必要があるのに対して、ダミーパターンと電極パッドとが、直接、電気的に接続している場合には、ダミーパターンおよび電極パッドのいずれかに電気路を電気的に接続するだけでよく、製造工程の数を減らすことができる。
【００１６】
上記発明において前記電極パッドは、前記軸線方向に沿って延びる側辺を有する矩形状に形成され、前記電極パッドを複数配置する際には、前記ダミーパターンから、前記側辺に沿って延びる側辺路が前記電極パッド同士の側辺間に設けられていることが望ましい。
【００１７】
このようにダミーパターンに、複数の電極パッドの側辺間おいて、側辺に沿って延びる側辺路を更に設けることにより、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。つまり、ロウ材の金属イオンが電極パッドから端子部まで移動するためには、さらに、側辺路を迂回すること、言い換えると移動経路が更に長くなるため、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。
【００１８】
また、複数の電極パッドの間に側辺路を配置することにより、複数の電極パッドのうち、一方のパッドの電位が下がった場合に、高電位パッドから低電位パッドへのマイグレーションの発生を抑制することができる。つまり、高電位パッドと低電位パッドとの間には電位差が形成されるため、側辺路が配置されていない場合には、高電位パッドのロウ材の金属イオンは、電位差によって低電位パッドに向かって移動するマイグレーションが発生する。しかし、高電位パッドと低電位パッドとの間に側辺路を配置したことにより、高電位パッドと側辺路との間に電位差が発生しないため、高電位パッドから低電位パッドへのマイグレーションの発生を抑制することができる。
【００１９】
上記発明において前記セラミック基体には、少なくとも、セラミック基体の側面を覆う膜状のシート部が備えられ、前記電極パッド、前記ダミーパターンおよび前記側辺路は、前記シート部の上に配置され、前記側辺路は、前記シート部の中央側に配置されるとともに、前記電極パッドは、前記側辺路よりも前記シート部の外側に配置されていることが望ましい。
【００２０】
このように側辺路の配置位置を、シート部の中央側に配置されるとともに、電極パッドを側辺路よりもシート部の外側に配置することにより、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。つまり、側辺路を電極パッドの中央側の側辺と対向して配置させることにより、この中央側の側辺から端子部へ向かうロウ材の金属イオンの移動（マイグレーション）を抑制することができる。
【００２１】
その一方で、反対側の側辺、つまり電極パッドにおけるシート部の端部側に配置された側辺から端子部に向かうマイグレーションは、以下の理由で抑制される。一般に、ロウ材の金属イオンは移動経路に存在する凹凸などの段差によっても移動が阻害される。一回巻きによりセラミック基体をシート部で覆った場合、シート部の端部が互いに向き合う、繋ぎ合せ部が形成される。繋ぎ合せ部では、特段の処理を施さない限り、一方の端部と他方の端部との間に、シート部が存在しない凹部が形成されるか、一方の端部が他方の端部に乗り上げる凸部が形成される。このように、端部側の側辺から端子部に向かう経路には、シート部の端部による凹部または凸部が形成されていて、物理的にマイグレーションの発生が抑制される。
【００２２】
本発明のガスセンサは、軸線方向に沿って延びる有底筒状に形成されたガス検出素子と、該ガス検出素子の内部に配置されると共に、前記ガス検出素子の内面に押し付けられる上記本発明のヒータと、が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
本発明のガスセンサによれば、上記本発明のヒータを備えるため、電極パッドからのロウ材のマイグレーションを抑制すると共に、ガスセンサの製造コストの上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のヒータおよびガスセンサによれば、電極パッドと端子部との間に、セラミック基体の表面を介在させつつダミーパターンを配置するとともに、ダミーパターンに電極パッドと同じ電位が印加することにより、電極パッドの周囲の形成される電位差を小さくし、ロウ材のマイグレーションを抑制すると共に、製造コストの上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの全体構成を説明する断面視図である。
【図２】図１のガス検出素子の構成を説明する図である。
【図３】図１のヒータの構成を説明する模式図である。
【図４】図３の電極パッドおよびダミーパターンの構成を説明する部分拡大図である。
【図５】図３の電極パッドおよびダミーパターンの構成を説明する展開図である。
【図６】図３のヒータにおける電位差を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るガスセンサの電極パッド周辺の構成を説明する展開図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るガスセンサの電極パッド周辺の構成を説明する部分拡大図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るガスセンサの電極パッド周辺の構成を説明する部分拡大図である。
【図１０】従来のヒータにおける電位差を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサついて図１から図６を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の全体構成を説明する断面視図である。
【００２７】
本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路内に締結され、排気流路の内部にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、主体金具６０に対してプロテクタ８０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。
【００２８】
本実施形態のガスセンサ１は、後述するガス検出素子１０を加熱するためのヒータ２０を備えたセンサであり、ヒータ２０の熱によってガス検出素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。
【００２９】
ガスセンサ１には、図１に示すように、ガス検出素子１０と、ヒータ２０と、セパレータ３０と、シール部材４０と、複数の端子金具５０と、リード線５５とが主として備えられているとともに、それらの周囲を覆う主体金具６０と、プロテクタ８０と、外筒９０等が備えられている。
【００３０】
図２は、図１のガス検出素子１０の構成を説明する図であり、ガス検出素子１０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものである。ガス検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成された筒部１２と、筒部１２の先端側の端部（図２の下側の端部）が閉塞された素子本体１１から主に構成されている。素子本体１１の中央部の外周には、径方向外向きに突出する鍔部１４が周方向にわたって設けられている。
【００３１】
素子本体１１を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ2Ｏ3又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ2が代表的なものである。この個体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ2との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ2との固溶体に、さらにＨｆＯ2が含有された固体電解質を使用しても良い。
【００３２】
素子本体１１の外周面には、外側電極１６と、縦リード部１７と、環状リード部１８とが形成されている。外側電極１６は、ガス検出素子１０の先端側に、ＰｔあるいはＰｔ合金（以下、「Ｐｔ等」と表記する。）を多孔質に形成した電極である。縦リード部１７は、外側電極１６から軸線方向に延びる導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。環状リード部１８は、鍔部１４の下面側（図２の下方）に環状に形成され、縦リード部１７と導電可能に接続される導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。素子本体１１の内周面には、Ｐｔ等を多孔質に形成した内側電極１９が形成されている。
【００３３】
ヒータ２０は、図１および図３に示すように、ガス検出素子１０の内部に配置されて素子本体１１の加熱を行う長尺の加熱手段である。
ヒータ２０は、丸棒状のアルミナからなるセラミック管（セラミック基体）２１と、セラミック管２１の外周を覆うアルミナからなるセラミック層（シート部）２２と、から主に構成されている。セラミック層２２における先端側には、電力が供給されることにより熱を発生する発熱部（発熱抵抗体）２３が設けられている。
【００３４】
本実施形態では、発熱部２３として、電力が供給されることにより熱を発生させる材料、例えばタングステン系の材料から形成された発熱抵抗体（図示せず）が、セラミック層２２に埋め込まれている例に適用して説明する。なお、本実施形態では丸棒状のヒータを用いた例に適用して説明したが、ヒータの形状は、丸棒状に限らず、筒状または柱状であっても良い。
【００３５】
さらに、ヒータ２０には、複数の端子金具５０の一つである第１センサ端子金具（端子部）５１が設けられている。第１センサ端子金具５１は、ヒータ２０における発熱部２３と電極パッド２６との間を把持するとともに、ヒータ２０の発熱部２３が設けられている領域を、ガス検出素子１０の内面に押し付けるものである。また第１センサ端子金具５１は、ガス検出素子１０の内側電極１９と電気的に接触し、第２センサ端子金具５２と共に、ガス検出素子１０の検出信号を外部に出力するものである。
【００３６】
複数の端子金具５０には、上述の第１センサ端子金具５１の他に、第２センサ端子金具５２、第１ヒータ端子金具５３および第２ヒータ端子金具５４が含まれる。複数の端子金具５０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された金具である。第２センサ端子金具５２は、素子本体１１の外側電極１６と電気的に接続されるものであり、第１ヒータ端子金具５３は、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２の一方と電気的に接続され、第２ヒータ端子金具５４は、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２の他方と電気的に接続されるものである。複数の端子金具５０には、それぞれ、リード線５５の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図１では、４本のリード線５５のうち３本のリード線５５が図示されている。
【００３７】
なお、本実施形態では高電位パッド２６１及び低電位パッド２６２としているが、これはヒータに一定の電圧を印加すると発熱部２３によって対極が相対的に低電位となることを表しているに過ぎず、この電位関係は逆であっても成り立つ。
【００３８】
ヒータ２０は、ガス検出素子１０の軸線に対して斜めに配置されている。ヒータ２０の発熱部２３は、素子本体１１の筒部１２における側面である内周面と直接に接触している。
【００３９】
ヒータ２０の後端には、発熱部２３と電気的に接続され、発熱部２３に電力を供給する一対の電極パッド２６が設けられている。図１では、一対の電極パッド２６のうち一方の電極のみが図示されている。電極パッド２６は、軸線Ｏ方向に長い矩形状に形成された電極であって、外部の電源から電力を供給する第１ヒータ端子金具（電気路）５３および第２ヒータ端子金具（電気路）５４と、ロウ材を用いたロウ付けによって電気的に接続されるものである。
【００４０】
なお、ロウ付けは、電極パッド２６に対してのみ行われ、後述するダミーパターン２７に対しては行われていない。図３において電極パッド２６にはハッチングを施して図示し、ダミーパターン２７に対してはハッチングを施していないのは、ロウ付けの有無を強調して示すためである。
【００４１】
一対の電極パッド２６は、図３に示すように、外部の電源における高電位側と電気的に接続される高電位パッド２６１と、低電位側と電気的に接続される低電位パッド２６２と、に分けられる。
【００４２】
以降では、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２に共通の説明では、電極パッド２６と表記し、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２に固有の説明では、それぞれの名称である高電位パッド２６１または低電位パッド２６２と表記する。
【００４３】
図４は、図３の電極パッド２６およびダミーパターン２７の構成を説明する部分拡大図であり、図４（ａ）は正面視図、図４（ｂ）は正面視図からおよそ１２０°回転した側面視図、図４（ｃ）は背面視図、図４（ｄ）は断面視図である。
【００４４】
電極パッド２６には、図３から図５に示すように、ダミー本体２７１と、側辺路２７２と、から主に構成されるダミーパターン２７が設けられている。ダミーパターン２７は、電極パッド２６からロウ材の金属イオンが第１センサ端子金具５１との接触部に向かって移動するマイグレーションの発生を抑制するものである。ダミーパターン２７を形成する材料としては、電極パッド２６と同じ材料を例示することができる。
【００４５】
ダミー本体２７１は、ヒータ２０における第１センサ端子金具５１との接触部と、電極パッド２６との間に配置された線状または細長い矩形状に形成された電極である。また、ダミー本体２７１は側辺路２７２を介して電極パッド２６と電気的に接続されている。そのため、高電位パッド２６１に設けられたダミー本体２７１および側辺路２７２は高電位パッド２６１を同じ電位を有し、低電位パッド２６２に設けられたダミー本体２７１および側辺路２７２は低電位パッド２６２と同じ電位を有する。ダミー本体２７１は、ヒータ２０の周方向に延びて配置され、周方向において、電極パッド２６の長さよりも長く形成されている。
【００４６】
側辺路２７２は、図５に示すように、電極パッド２６の軸線Ｏ方向に延びる一対の長辺のうち、セラミック層２２の中央側に配置された長辺に沿って延びて配置された線状または細長い矩形状に形成された電極である。言い換えると、高電位パッド２６１に設けられた側辺路２７２は、高電位パッド２６１における低電位パッド２６２と対向する側辺側に設けられ、低電位パッド２６２に設けられた側辺路２７２は、低電位パッド２６２における高電位パッド２６１と対向する側辺側に設けられている。側辺路２７２は、電極パッド２６における先端側（図５の左側）の端部において電極パッド２６と電気的に接続されている。
【００４７】
ダミー本体２７１と電極パッド２６との間、および、側辺路２７２と電極パッド２６との間には隙間が形成されている。本実施形態では、電極パッド２６とダミー本体２７１との隙間が０．２ｍｍである例に適用して説明するが、特にこの値に限定するものではない。
【００４８】
なお、ダミーパターン２７は、上述のように高電位パッド２６１および低電位パッド２６２の区別なく、両者に設けられていてもよいし、高電位パッド２６１に対してのみ設けられていてもよく、特に限定するものではない。
【００４９】
セパレータ３０は、図１に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０には、複数の端子金具５０などを収納する収容部３１が設けられている。収容部３１は、セパレータ３０を軸線Ｏ方向に貫通して形成された貫通孔であり、セパレータ３０よりも先端側の空間と、後端側の空間との間で大気の流通を可能とするものである。
【００５０】
さらに、セパレータ３０の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部３２が設けられている。セパレータ３０におけるフランジ部３２よりも先端側の外周面には、略円筒状に形成された保持金具３３が、セパレータ３０が内部に挿入されるように配置されている。
【００５１】
シール部材４０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる円筒形状の栓部材であり、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。シール部材４０は、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された栓部材であり、外筒９０の後端を塞ぐ部材である。シール部材４０は、セパレータ３０の後端側の面に当接するように外筒９０の後端側の開口に嵌め込まれている。シール部材４０は、外筒９０におけるシール部材４０の側面に対応する位置に形成された外筒加締部９１によって、外筒９０に固定されている。
【００５２】
外筒加締部９１は、外筒９０を径方向内側に向かって凹状に変形させた部分であり、外筒９０を周方向に一周する溝状に形成された部分である。シール部材４０の径方向の中央には、軸線Ｏ方向に貫通する大気連通孔４１が形成されると共に、大気連通孔４１よりも径方向外側に軸線Ｏ方向に貫通する４つのリード線挿通孔４２が周方向に等間隔に形成されている。
【００５３】
大気連通孔４１は、シール部材４０により閉塞された外筒９０の内部に大気を導く貫通孔である。大気連通孔４１の内部には、フィルタ部材４３および留め金具４４が挿入されている。フィルタ部材４３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マイクロメータ単位の網目構造を有する薄膜状のフィルタである。そのため、フィルタ部材４３は、水滴等の透過を許さず、大気の通過は許容するものである。留め金具４４は、筒状に形成された部材であり、フィルタ部材４３をシール部材４０に固定するものである。具体的には、留め金具４４の外周と大気連通孔４１の内周との間にフィルタ部材４３を挟みこみ、フィルタ部材４３をシール部材４０に固定するものである。
【００５４】
主体金具６０は、図１に示すように、ステンレス合金（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具６０には、ガス検出素子１０の鍔部１４を支持する段部６１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。
【００５５】
主体金具６０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関の排気流路（図示せず。）に取付けるネジ部６２と、ネジ部６２を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部６３と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部６２と六角部６３との間には、環状のガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ガスセンサ１と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。
【００５６】
主体金具６０におけるネジ部６２よりも先端側には、後述するプロテクタ８０が係合される先端係合部６５が形成されている。先端係合部６５は、ネジ部６２よりも外周面の径が小さく形成された部分である。また、主体金具６０における六角部６３よりも後端側には、六角部６３から後端側に向かって順に、外筒９０と係合される後端係合部６６と、ガス検出素子１０を加締め固定する加締固定部６７と、が形成されている。
【００５７】
主体金具６０の内部には、段部６１から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン７１、アルミナからなる筒状の支持部材７２、金属製の後端側パッキン７３、滑石の粉末からなる充填部材７４、アルミナ製のスリーブ７５、および、環状のリング７６が配置されている。支持部材７２の内周面には段部が形成されており、当該段部により素子本体１１の鍔部１４が支持されている。なお、支持部材７２と鍔部１４との間に後端側パッキン７３が挟まれて配置されている。
【００５８】
リング７６は、スリーブ７５と加締固定部６７との間に配置されるものであり、加締固定部６７が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材７４、後端側パッキン７３、支持部材７２、先端側パッキン７１に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材７４は軸線Ｏ方向に圧縮充填され、かつ、主体金具６０の内周面および素子本体１１の外周面との隙間を気密に埋める。
【００５９】
プロテクタ８０は、ガスセンサ１が排気流路に取り付けられた際に、流路内に突出するガス検出素子１０を、流路内を流れる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８０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガス検出素子１０の先端を覆う保護部材である。プロテクタ８０は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ８０の後端縁は、主体金具６０の先端係合部６５に溶接によって固定されている。
【００６０】
プロテクタ８０には、有底筒状に形成され開放された側の周縁部が先端係合部６５に嵌め合わされる外側プロテクタ８１と、外側プロテクタ８１の内部に固定された有底筒状に形成された内側プロテクタ８２と、が設けられている。言い換えると、プロテクタ８０は、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２からなる２重構造を有している。
【００６１】
外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の円筒面には、内部にガスを導入する導入口８３が設けられている。図１では、外側プロテクタ８１の導入口８３のみが図示されており、内側プロテクタ８２の導入口８３は配置の関係上、図示されていない。さらに、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の底面には、内部に入り込んだ水滴や、ガスを排出する外側排出口８４、内側排出口８５がそれぞれ設けられている。
【００６２】
外筒９０は、主体金具６０とは異なるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４Ｌ）から形成された部材であり、外筒９０の内部に主体金具６０の後端係合部６６が差し込まれて、主体金具６０に固定されるものである。外筒９０の内部には、主体金具６０の後端から突出したガス検出素子１０の後端や、セパレータ３０や、シール部材４０が配置されている。
【００６３】
上記の構成によれば、図６（ａ）に示すように、電極パッド２６と第１センサ端子金具５１との間に、セラミック管２１の表面を介在させてダミーパターン２７を配置する、言い換えると電極パッド２６と第１センサ端子金具５１との間に隙間をあけて、ダミーパターン２７を配置するとともに、図６（ｂ）に示すように、ダミーパターン２７に電極パッド２６と同じ電位が印加されるため、電極パッド２６とダミーパターン２７との間に電位差が形成されることが抑制される。そのため、電極パッド２６のロウ付けに用いられたロウ材に含まれる金属材料がイオン化して第１センサ端子金具５１に向かって移動するマイグレーションの発生を抑制することができる。
【００６４】
さらに、軸線Ｏ方向と交差する方向、より好ましくは直交する方向において、ダミーパターン２７の長さを、電極パッド２６の長さよりも長くすることにより、マイグレーションの発生をより確実に抑制することができる。つまり、ロウ材の金属イオンが、電極パッド２６から第１センサ端子金具５１に向かって移動するためには、ダミーパターン２７を迂回して移動する必要がある（図５参照）。金属イオンの移動経路をさえぎる形状にダミーパターン２７を形成することにより、上述の迂回経路が長くなり、マイグレーションの発生がさらに抑制される。上述のように、軸線Ｏ方向と交差する方向、より好ましくは直交する方向において、ダミーパターン２７の長さを電極パッド２６の長さよりも長くすると、言い換えると、軸線Ｏ方向から見て、ダミーパターン２７が電極パッドよりも横方向に突出する形状にダミーパターン２７を形成とすると、ダミーパターン２７は金属イオンの最短移動経路をさえぎることができる。
【００６５】
また、ヒータ２０上の電極パッド２６と第１センサ端子金具５１との間にダミーパターン２７を設けるだけなので、電極パッド２６の形成と同時にダミーパターン２７を形成することが可能となり、製造工程の増加を抑制し、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００６６】
ダミーパターン２７を電極パッド２６に直接、電気的に接続することにより、ダミーパターン２７の電位を、容易かつ確実に、電極パッド２６の電位と同じ電位にすることができる。さらに、ダミーパターン２７と電極パッド２６とが電気的に分離された状態で配置されている場合には、外部の電源から電力を供給する第１ヒータ端子金具５３や第２ヒータ端子金具５４を、ダミーパターン２７および電極パッド２６の両方に電気的に接続する必要があるのに対して、ダミーパターン２７と電極パッド２６とが、直接、電気的に接続している場合には、ダミーパターン２７および電極パッド２６のいずれかに第１ヒータ端子金具５３や第２ヒータ端子金具５４を電気的に接続するだけでよく、製造工程の数を減らすことができる。
【００６７】
ダミーパターン２７に、電極パッド２６の側辺に沿って延びる側辺路２７２を設けることにより、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。つまり、ロウ材の金属イオンが電極パッド２６から第１センサ端子金具５１まで移動するためには、さらに、側辺路２７２を迂回すること、言い換えると移動経路が更に長くなるため、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。
【００６８】
また、複数の電極パッド２６の間に側辺路２７２を配置することにより、複数の電極パッド２６のうち、一方の電極パッド２６の電位が下がった場合に、高電位パッド２６１から低電位パッド２６２へのマイグレーションの発生を抑制することができる。つまり、高電位パッド２６１と低電位パッド２６２との間には電位差が形成されるため、側辺路２７２が配置されていない場合には、高電位パッド２６１のロウ材の金属イオンは、電位差によって低電位パッド２６２に向かって移動するマイグレーションが発生する。しかし、高電位パッド２６１と低電位パッド２６２との間に側辺路２７２を配置したことにより、高電位パッド２６１と側辺路２７２との間に電位差が発生しないため、高電位パッド２６１から低電位パッド２６２へのマイグレーションの発生を抑制することができる。
【００６９】
さらに、側辺路２７２の配置位置を、セラミック層２２の中央側に配置するとともに、電極パッド２６を側辺路２７２よりもセラミック層２２の外側に配置することにより、マイグレーションの発生をより効果的に抑制することができる。つまり、側辺路２７２を電極パッド２６の中央側の側辺と対向して配置させることにより、この中央側の側辺から第１センサ端子金具５１へ向かうロウ材の金属イオンの移動（マイグレーション）を抑制することができる。
【００７０】
その一方で、反対側の側辺、つまり電極パッド２６におけるセラミック層２２の端部側に配置された側辺から第１センサ端子金具５１に向かうマイグレーションは、以下の理由で抑制される。一般に、ロウ材の金属イオンは移動経路に存在する凹凸などの段差によっても移動が阻害される。一回巻きでセラミック管２１をセラミック層２２で覆った場合、セラミック層２２の端部が互いに向き合う、繋ぎ合せ部が形成される。繋ぎ合せ部では、特段の処理を施さない限り、一方の端部と他方の端部との間に、シート部が存在しない凹部が形成される（図４（ａ）および図４（ｄ）参照）。このように、端部側の側辺から第１センサ端子金具５１に向かう経路には、セラミック層２２の端部による凹部が形成されていて、物理的にマイグレーションの発生が抑制される。
【００７１】
言い換えると、高電位パッド２６１と低電位パッド２６２との間に側辺路２７２を配置することにより、高電位パッド２６１から低電位パッド２６２へのマイグレーションの発生を抑制することができる。つまり、高電位パッド２６１と低電位パッド２６２との間には電位差が形成されるため、側辺路２７２が配置されていない場合には、高電位パッド２６１のロウ材の金属イオンは、電位差によって低電位パッド２６２に向かって移動するマイグレーションが発生する。しかし、高電位パッド２６１と低電位パッド２６２との間に側辺路２７２を配置したことにより、高電位パッド２６１と側辺路２７２との間に電位差が発生しないため、高電位パッド２６１から低電位パッド２６２へのマイグレーションの発生を抑制することができる。
【００７２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図７を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ヒータの電極パッド周辺の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７を用いて電極パッド周辺の構成について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
【００７３】
第１の実施形態と同様に、本実施形態のガスセンサ１のヒータ２０には、図７に示すように、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２からなる一対の電極パッド２６が設けられている。電極パッド２６には、ダミー本体２７１と、側辺路３７２と、から主に構成されるダミーパターン３７０が設けられている。
【００７４】
ダミーパターン３７０は、電極パッド２６からロウ材の金属イオンが第１センサ端子金具５１との接触部に向かって移動するマイグレーションの発生を抑制するものである。ダミーパターン３７０を形成する材料としては、電極パッド２６と同じ材料を例示することができる。
【００７５】
側辺路３７２は、電極パッド２６の軸線Ｏ方向に延びる一対の長辺のうち、セラミック層２２の中央側に配置された長辺におけるダミー本体２７１の端部（図７の下側の端部）から軸線Ｏ方向に延びて配置された線状または細長い矩形状に形成された電極である。言い換えると、高電位パッド２６１に設けられた側辺路３７２は、高電位パッド２６１における低電位パッド２６２と対向する側辺の端部に設けられ、低電位パッド２６２に設けられた側辺路３７２は、低電位パッド２６２における高電位パッド２６１と対向する側辺の端部に設けられている。
【００７６】
上記の構成によれば、第１の実施形態と比較して、電極パッド２６およびダミーパターン３７０の構成が簡素になるため、電極パッド２６およびダミーパターン３７０の成形が容易となる。その結果、電極パッド２６およびダミーパターン３７０を有するヒータ２０の製造が容易となり、ひいてはガスセンサ１の製造が容易となる。
【００７７】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図８を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ヒータの電極パッド周辺の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８を用いて電極パッド周辺の構成について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
【００７８】
第１の実施形態と同様に、本実施形態のガスセンサ１のヒータ２０には、図８に示すように、一対の電極パッド２６が設けられている。図８では、一つの電極パッド２６のみ図示されているが、残りの電極パッド２６は、ヒータ２０の裏面側に配置されていて図示されていない。電極パッド２６には、ダミー本体４７１から主に構成されるダミーパターン４７０が設けられている。ダミー本体４７１は、第１の実施形態のダミー本体２７１と同様に、ヒータ２０における第１センサ端子金具５１との接触部と、電極パッド２６との間に配置された線状または細長い矩形状に形成された電極である（図３など参照）。
【００７９】
セラミック層２２には、電極パッド２６に供給された電力を発熱部２３（図１参照）に供給する給電配線４７２が埋め込まれている。セラミック層２２には、電極パッド２６から給電配線４７２に届くパッド端子４７３が配置され、パッド端子４７３によって電極パッド２６と給電配線４７２とが電気的に接続されている。また、セラミック層２２には、給電配線４７２からダミー本体４７１に届くダミー端子４７４が配置され、ダミー端子４７４によって給電配線４７２とダミー本体４７１とが電気的に接続されている。
【００８０】
上記の構成によれば、セラミック層２２に埋め込まれる給電配線４７２を介して、電極パッド２６からダミー本体４７１へ電力が供給されるため、第１の実施形態のように側辺路２７２を介して電力を供給する方法と比較して、電極パッド２６を配置する面積の確保が容易となる。
【００８１】
例えば、ヒータ２０の直径が十分に大きくない場合には、電極パッド２６が配置されるヒータ２０の側面の面積も小さくなる。このような場合に、２つの電極パッド２６と、２つの側辺路２７２を周方向に並べ、かつ、これらの間に所定間隔の隙間を形成しようとすると、電極パッド２６の面積が制限されやすくなる。
【００８２】
それに対して、本実施形態では、側辺路２７２を配置しないため、側辺路２７２の幅および側辺路２７２に隣接する隙間を省略することができ、電極パッド２６を配置する面積の確保が容易となる。
【００８３】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図９を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ヒータの電極パッド周辺の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図９を用いて電極パッド周辺の構成について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
【００８４】
第１の実施形態と同様に、本実施形態のガスセンサ１のヒータ２０には、図９に示すように、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２からなる一対の電極パッド２６が設けられている。さらにヒータ２０には、ダミー本体５７１と、ダミー電極５７２と、接続配線（側辺路）５７３と、から主に構成されるダミーパターン５７０が設けられている。
【００８５】
ダミー本体５７１は、第１の実施形態のダミー本体２７１と同様に、ヒータ２０における第１センサ端子金具５１との接触部と、電極パッド２６との間に配置された線状または細長い矩形状に形成された電極である（図３など参照）。
【００８６】
ダミー電極５７２は、電極パッド２６に対して、ダミー本体５７１とは反対側に配置された電極であり、高電位パッド２６１と同じ電位の電圧が印加されるものである。本実施形態では、電極パッド２６よりも面積が小さな矩形状に形成された電極に適用して説明しているが、その形状を特に限定するものではない。
【００８７】
接続配線５７３は、ダミー本体５７１とダミー電極５７２とを電気的に接続するものであり、かつ、高電位パッド２６１および低電位パッド２６２の間に配置されることにより、第１の実施形態の側辺路２７２と同様の働きをするものである。
【００８８】
上記の構成によれば、ダミーパターン５７０のダミー電極５７２に、高電位パッド２６１に供給する電位と同じ電位を印加することにより、ダミーパターン５７０の電位を、容易かつ確実に、電極パッド２６の電位と同じ電位にすることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１…ガスセンサ、１０…ガス検出素子、２０…ヒータ、２１…セラミック管（セラミック基体）、２２…セラミック層（シート部）、２３…発熱部（発熱抵抗体）、２６…一対の電極パッド、２６１…高電位パッド、２６２…低電位パッド、２７，３７０，４７０，５７０…ダミーパターン、２７２，３７２…側辺路、５１…第１センサ端子金具（端子部）、５３…第１ヒータ端子金具（電気路）、５４…第２ヒータ端子金具（電気路）、５７３…接続配線（側辺路）
【図１】
2013077504.tif 000003
【図２】
2013077504.tif 000004
【図３】
2013077504.tif 000005
【図４】
2013077504.tif 000006
【図５】
2013077504.tif 000007
【図６】
2013077504.tif 000008
【図７】
2013077504.tif 000009
【図８】
2013077504.tif 000010
【図９】
2013077504.tif 000011
【図１０】
2013077504.tif 000012