(57)【要約】【課題】絶縁体ヒータの電極部とセンサ素子内側の基準電極層に接続する基準電極金具との電気的絶縁性の低下を軽減すること。  【解決手段】ハウジング２とハウジング２の内部に装着されるコップ型センサ素子３と、センサ素子３の中空内部に配設されセンサ素子３を加熱する絶縁体ヒータ４を備えたガスセンサ１であって、絶縁体ヒータ４に設けられた電極部４ａ、４ｂと電極部４ａ、４ｂに電力を供給するリード線２３、２４が銀と金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群から選ばれる１種又は２種以上を含み少なくとも３０重量％以上好ましくは５０〜９０重量％含有される添加金属との銀合金ロウ材２７、２８でロウ付け接続固定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと
前記ハウジングの内部に装着されるコップ型センサ素子と、
前記センサ素子の中空内部に配設され前記センサ素子を加熱する絶縁体ヒータを備えたガスセンサであって、
前記絶縁体ヒータに設けられた電極部と該電極部に電力を供給するリード線が銀と金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群から選ばれる１種又は２種以上を含み少なくとも３０重量％以上含有される添加金属との銀合金ロウ材でロウ付け接続固定されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記銀合金ロウ材は前記添加金属が５０〜９０重量％以上含有されていることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記電極部の先端側は前記ハウジングの取り付け座面から２７〜４０ｍｍの距離に位置することを特徴とする請求項１又２記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスセンサに関するもので、例えば排気浄化装置に使用される酸素濃度センサに好適である。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の図３あるいは図４に記載されているように、ガスセンサの構造とりわけセンサ素子内に挿入されるセンサ素子加熱用のセラミックヒータ１００と該ヒータ１００の表面に設けられた電極部１２０に電力を供給するための接続端子（リード線）１３０との接続構造は、電極部１２０と接続端子１３０を銀ロウ材によりロウ付け固定している。そしてこの銀ロウ材によるロウ付けは、通常、銀−銅合金のロウ材を使用しているのが一般的である。
【０００３】
ロウ材を使用してロウ付け固定されたロウ付け部では、直流電界の印加されたロウ付け部の金属がイオン化して電気的な引力で移動する所謂マイグレーション現象が発生し、ロウ材成分の金属が絶縁物表面に析出して電気的絶縁性が低下する。特に銀−銅合金のロウ材はマイグレーションが顕著である。また、湿度が高く高温下では更にマイグレーション現象が助長される。
【特許文献１】特開２００７−２２９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の点に鑑み、従来の銀−銅ロウ材よりマイグレーション作用が小さい銀と金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群から選ばれる１種又は２種以上添加金属との銀合金ロウ材をガスセンサにおける絶縁体ヒータの電極部とリード線のロウ付けに適用することに着目し、絶縁体ヒータの電極部とセンサ素子内側の基準電極層に接続する基準電極金具との電気的絶縁性の低下を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明では、ハウジングと、前記ハウジングの内部に装着されるコップ型センサ素子と、前記センサ素子の中空内部に配設され前記センサ素子を加熱する絶縁体ヒータを備えたガスセンサであって、
前記絶縁体ヒータに設けられた電極部と該電極部に電力を供給するリード線とを銀と金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群から選ばれる１種又は２種以上を含み少なくとも３０重量％以上含有される添加金属との銀合金ロウ材でロウ付け接続固定している。
【０００６】
上記構成によれば、従来の銀−銅合金ロウ材による前記電極部と前記リード線とのロウ付けよりもマイグレーション作用を抑止することができ、従って前記絶縁体ヒータの電極部と前記センサ素子内側の基準電極層に接続する基準電極金具との電気的絶縁性の低下を軽減することができる。    
【０００７】
請求項２に係る発明では、前記銀合金ロウ材は前記添加金属が５０〜９０重量％含有されている。
【０００８】
上記構成によれば、マイグレーション作用を最も抑止することができ、前記電極部と前記基準電極金具との電気的絶縁性の低下をより一層軽減することができる。    
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記電極部の先端側は前記ハウジングの取り付け座面から２７〜４０ｍｍの距離に位置している。  
【００１０】
上記構成によれば、前記電極部がマイグレーション作用に対する抑止が効果がある上記銀−添加金属との銀合金ロウ材によりロウ付けされているから、前記電極部の先端側がマイグレーション作用の進行、助長が著しい距離に位置していても、マイグレーション作用に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明になるガスセンサ１の実施形態を図に基づき説明する。図１はガスセンサ１の縦断面図、図２は図１のＢ部の一部断面拡大図である。なお、本発明ガスセンサ１の説明において図１に示すように図面の下方向をガスセンサ１の先端側、上方向をガスセンサ１の基端側と称する。また、本発明ガスセンサ１は自動車の排ガス浄化装置に使用される酸素濃度センサの例である。
【００１２】
ステンレス等の耐熱金属製のハウジング２は筒状であり、その中空内部には基端側が開口し先端側が閉塞したコップ型のセンサ素子３が配設されている。センサ素子３はジルコニア等の酸素イオン導電性材料で形成されている。
【００１３】
センサ素子３の中空内部にはアルミナ等のセラミック材料を長軸状に形成した絶縁体ヒータ４が配設されている。ハウジング２の中空内部面とセンサ素子３の外周面との間にはタルク等の絶縁性粉末５が充填してあり、その基端側に絶縁性粉末成形体６、セラミック、ガラス等のリング状絶縁性封止部材７が装着され、さらにその基端側に弾性部材からなるリング状金属製緩衝部材８が装着され、ハウジング２の中空内部の段部２ａにセンサ素子３の突出部３ａをリング状金属製緩衝部材９を介して係合させ、ハウジング２の基端側の基端部２ｂをかしめセンサ素子３を固定している。このかしめ固定により絶縁性粉末５、絶縁性粉末成形体６、リング状絶縁性封止部材７でセンサ素子３の外周面において先端側と基端側とを分離封止し排ガスが先端側から基端側へ流通するのを阻止している。
【００１４】
センサ素子３の基端側内周面には基準電極金具１０が内面に密着するように装着してあり、センサ素子３の先端側の内周面に形成された基準電極層１０ａに電気的に接続されている。また、センサ素子３の基端側外周面には測定電極金具１１が把持装着してあり、センサ素子３の先端側の外周面に形成された測定電極層１１ａに電気的に接続されている。そして両電極金具１０、１１で一対の電極を形成し両電極金具１０、１１には図面と直交する方向に両電極層１０ａ、１１ａ間に発生する起電力信号を取り出す一対の信号線（図示されない）が配置されている。
【００１５】
ハウジング２の先端側には排ガスからセンサ素子３を保護し複数の排ガス導入孔１２ａ、１３ａを有するカバー内筒１２、カバー外筒１３がその先端部２ｃでかしめ固定されている。
【００１６】
ハウジング２の基端側には筒状の金属製ケーシング１４が溶接等により固定されており、ケーシング１４の基端側にはゴム等の絶縁弾性材料からなる一対の封止部材１５、１６がかしめ固定してあり、封止部材１５、１６の軸方向に絶縁体ヒータ４に電力を供給する一対の通電線１７、１８が通してある。また、封止部材１５、１６の軸方向には両電極金具１０、１１と電気的に接続される一対の信号線（図示されない）が通してある。
【００１７】
ケーシング１４の基端側の外周には複数の横貫通穴１４ａが形成され、この貫通孔１４ａは封止部材１５、１６に形成された横穴１５ａ、封止部材１５、１６の中央に装着されたフィルタ保持部材１９に形成された一対の通気穴１９ａ、１９ｂと連通しており、外部のガス（空気）が貫通孔１４ａ、横穴１５ａ、通気穴１９ａ、１９ｂを通してケーシング１４の内部に導入され、導入されたガス（空気）はセンサ素子３の中空内部に導入され基準電極層１０ａと触れる。
【００１８】
２つの通気穴１９ａ、１９ｂは横穴１５ａの軸線に対して横穴１５ａに続く内側の拡大口１５ｂの範囲内で互いに位置をずらして形成してあり、封止部材１５、１６とフィルタ保持部材１９との組み付け時バラツキが生じても２つの通気穴１９ａ、１９ｂのどちらか一方が横穴１５ａと連通するようになっている。
【００１９】
絶縁体ヒータ４の基端側外周面には一対のヒータ電極部４ａ、４ｂが露出して設けられており、両電極部４ａ、４ｂ間には図示しない発熱体が電気的に接続されて絶縁体ヒータ４内に埋設されており、電極部４ａ、４ｂ間に電力が印加され発熱体が発熱しヒータをなす。
【００２０】
ケーシング１４のほぼ中央部には絶縁材料よりなるインシュレータ２０がリング部材２５により固定されており、インシュレータ２０に設けられた一対の貫通穴２０ａ、２０ｂには一対の接続金具２１、２２が挿通してあり、この接続金具２１、２２により外部からの電力を供給する通電線１７、１８と一対のリード線２３、２４が電気的にかしめ接続されている。一対のリード線２３、２４は屈曲した形状であり、その一端（基端側）は接続金具２１、２２に、他端（先端側）はヒータ４の電極部４ａ、４ｂにロウ付けにより電気的に固定されている。一対の接続金具２１、２２はインシュレータ２０に対して固定されておらず変位移動が可能であり、一対のリード線２３、２４は接続金具２１、２２と接続する一端側（反ロウ付け固定部側）では自由端となっている。
【００２１】
絶縁体ヒータ４の一対の電極部４ａ、４ｂと一対のリード線２３、２４は図２に示すようにそれぞれ銀−添加金属との銀合金ロウ材２７、２８で電気的に接続固定されている。
【００２２】
なお、一対の電極部４ａ、４ｂの先端側の位置は、図１に示すようにハウジング２の排気管Ａへの取り付け座面２ｅから２７〜４０ｍｍの距離にある。この範囲は排気管Ａからの熱を受けるため、ロウ付けが行われている電極部４ａ、４ｂのマイグレーション作用が著しく助長される位置である。
【００２３】
上記構成になるガスセンサ１は排気管Ａにガスケット２６を介してハウジング２に設けられた取り付けねじ２ｄによりねじ締め固定される。
【００２４】
本発明において使用する銀合金ロウ材２７、２８は、金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群の１種又は２種以上の添加金属を銀に含有させた銀合金ロウ材である。
【００２５】
また、銀合金ロウ材２７、２８においては、添加金属は少なくとも３０重量％以上が含有されている。添加金属（パラジュウム）を３０重量％以上含有させることにより、図３に示すようにマイグレーション現象が発生する時間が従来の銀−銅ロウ材を使用した現行品よりも長くなることが試験で確認できた。従ってマイグレーション現象の発生による電極部４ａ、４ｂと基準電極金具１０との間の電気的絶縁性の低下を抑止することができた。
【００２６】
更に試験結果によれば添加金属（パラジュウム）を５０〜９０重量％以上含有させた銀合金ロウ材の場合では、図３に示すようにマイグレーション現象が発生する時間が現行品に比べて飛躍的に長くなることも確認できた。従ってマイグレーション現象の発生を大幅に抑止することができ、電極部４ａ、４ｂと基準電極金具１０との間の電気的絶縁性の低下を大幅に抑止し、センサ出力への影響をほとんど皆無にすることができた。
【００２７】
なお、上述の銀合金ロウ材における添加金属の含有量に対するマイグレーション発生時間の関係（効果）については、添加金属はパラジュウムの例であったが、本発明における他の添加金属すなわち金、白金、鉄及びこれらの混合金属についても図３に示す試験結果とほぼ同様な結果が得られた。
【００２８】
また、本発明ガスセンサ１においては、排気管Ａからの熱を受けマイグレーション作用が著しく促進される位置すなわち排気管Ａへの取り付け座面２ｅから２７〜４０ｍｍの距離に一対の電極部４ａ、４ｂの先端側が位置していても、電極部４ａ、４ｂのロウ付けに上述した金、白金、パラジュウム及び鉄の添加金属群の１種又は２種以上の添加金属を銀に含有させた銀合金ロウ材２７、２８を適用しているから、進行、助長が著しい環境下でマイグレーション作用に対処することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では本発明ガスセンサ１は酸素濃度センサの例であったが、これに限定されることなく本発明は温度センサ等の他のセンサであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を示すガスセンサの縦断面図である。
【図２】図１のＢ部の拡大断面図である。
【図３】銀合金ロウ材の添加金属の含有量に対するマイグレーション発生時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
・  ガスセンサ
・  ハウジング
・  センサ素子
・  絶縁体ヒータ
４ａ、４ｂ  電極部
１０、基準電極金具
２３、２４  リード線
２７、２８  銀合金ロウ材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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