JP6255307B2

JP6255307B2 - センサ

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Publication number: JP6255307B2
Application number: JP2014112906A
Authority: JP
Inventors: 登松井; 野田　恵一; 恵一野田; 千代広浦川; 宣宏井上
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: JP2015227790A

Description

本発明は、軸線方向に延びる形態の検出素子と、検出素子の素子後端部を包囲する包囲部材と、検出素子に電気的に接続する複数の端子部材と、この端子部材同士を互いに絶縁しつつ保持する絶縁セパレータと、絶縁セパレータを包囲部材に保持させる保持金具とを備えるセンサに関する。

従来より、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＣＯ₂センサなどのガスセンサや、温度センサなどのセンサとして、検出素子、包囲部材、複数の端子部材、絶縁セパレータ、保持金具等によって構成されたセンサが知られている。具体的には、検出素子は、軸線方向に延びる形態を有し、その素子後端部に複数の電極パッドが形成されている。包囲部材は、例えば筒状をなす金属製の部材であり、検出素子の素子後端部を径方向外側から包囲する。各々の端子部材は、検出素子の電極パッドにそれぞれ電気的に接続する。保持金具は、包囲部材と絶縁セパレータとの間に配置され、絶縁セパレータを包囲部材に保持させる。

また、絶縁セパレータは、絶縁セラミックによって形成され、包囲部材内に配置されて、各々の端子部材を互いに絶縁した状態で自身の内部収容孔内に収容して保持する。これにより、端子部材同士が互いに電気的に絶縁されると共に、各端子部材と保持金具及びこれに接触する包囲部材との間も電気的に絶縁される。この絶縁セパレータとしては、例えば、先端側に位置する先端側セパレータと、これよりも後端側に位置する後端側セパレータとを組み合わせて構成するものなど、２つのセパレータを組み合わせて構成する絶縁セパレータがある。この形態のセンサは、例えば、特許文献１に記載されている（特許文献１の図１及びその説明箇所を参照）。

ところで、包囲部材内の雰囲気には通常水分が含まれているため、外界の温度によっては絶縁セパレータの表面に結露を生じる場合がある。結露すると、絶縁セパレータの表面の絶縁性が低下する。このため、絶縁セパレータ内に収容された端子部材同士の間で漏れ電流が流れる場合や、端子部材と保持金具及びこれに接触する包囲部材との間で漏れ電流が流れる場合がある。その結果、検出素子から正常な出力が得られなくなるおそれがある。

この問題を解決すべく、前述の特許文献１のセンサでは、絶縁セパレータの表面全体に、撥水性を有するコーティング層（撥水層）を形成している。このように撥水層を設けることで、包囲部材内で結露が生じても、絶縁セパレータの表面には水が付着し難くなる。従って、絶縁セパレータの表面の絶縁性が低下するのを防止でき、端子部材同士の間の絶縁性、並びに、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性を確保できる。

特許第５１７９５４５号公報

しかしながら、絶縁セパレータの表面全体に撥水層を設けると、絶縁セパレータを包囲部材に保持させる保持金具は、撥水層を介して絶縁セパレータを把持することになる。このため、センサに外部から強い衝撃が加わったときなどに、絶縁セパレータが保持金具から抜け易いなど、保持金具が絶縁セパレータを確実に保持できないおそれがある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、第１セパレータと第２セパレータを組み合わせて構成される絶縁セパレータ内に収容された端子部材同士の間の絶縁性、並びに、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性の低下を防止できると共に、保持金具が絶縁セパレータを確実に保持できるセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、軸線方向に延びる形態を有し、上記軸線方向の後端側の素子後端部に複数の電極パッドを有する検出素子と、上記検出素子の上記素子後端部を、上記軸線方向に直交する径方向の外側から包囲する金属製の包囲部材と、上記検出素子の上記複数の電極パッドにそれぞれ電気的に接続する複数の端子部材と、絶縁セラミックからなり、上記包囲部材内に配置され、上記複数の端子部材を互いに絶縁しつつ自身の内部収容孔内に保持する絶縁セパレータと、上記包囲部材と上記絶縁セパレータとの間に介在し、上記絶縁セパレータを上記径方向の外側から把持して上記包囲部材に保持させる保持金具と、を備えるセンサであって、上記絶縁セパレータは、上記内部収容孔を分割する第１セパレータと第２セパレータとを組み合わせて構成されてなり、上記第１セパレータの表面である第１表面のうち、上記第２セパレータと組み合わせる第１組み合わせ面に、及び、上記第２セパレータの表面である第２表面のうち、上記第１セパレータと組み合わせる第２組み合わせ面に、撥水性を有する撥水層が形成されてなり、かつ、上記第１表面及び上記第２表面のうち、上記保持金具が当接して把持する被把持面には、上記撥水層が形成されることなく、直接、上記保持金具が当接してなるセンサである。

絶縁セパレータが２部材から構成される場合、結露によって生じた水は、一方のセパレータ（第１セパレータ）と他方のセパレータ（第２セパレータ）とを組み合わせた部分（組み合わせ面同士の間）に特に溜まり易い。また、温度が上がって他の部位の表面の水が蒸発した場合でも、この部分には水が残り易い。そして、端子部材同士の間の絶縁性の低下や、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性の低下は、主にこの組み合わせ面同士の間に溜まる水に起因する。
そこで、このセンサでは、第１セパレータの第１表面のうち少なくとも第１組み合わせ面と、第２セパレータの第２表面のうち少なくとも第２組み合わせ面とに、それぞれ撥水層を設けている。これにより、包囲部材内で結露が生じた場合でも、絶縁セパレータのうち第１セパレータと第２セパレータとを組み合わせた部分（第１組み合わせ面と第２組み合わせ面との間）に、水が溜まり難くなる。従って、この部分に付着した水に起因して、絶縁セパレータ内に収容された端子部材同士の間の絶縁性、並びに、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性が低下するのを防止できる。
しかも、このセンサでは、第１表面及び第２表面のうち、保持金具が当接して把持する被把持面には、撥水層が形成されておらず、絶縁セパレータの表面（被把持面）に直接、保持金具が当接している。従って、保持金具が絶縁セパレータを確実に保持できる。

なお、「第１組み合わせ面」とは、第１セパレータの第１表面のうち、第１セパレータと第２セパレータとを組み合わせて絶縁セパレータを構成したときに、第２セパレータの第２表面（具体的には第２組み合わせ面）に当接する面である。同様に、「第２組み合わせ面」とは、第２セパレータの第２表面のうち、第１セパレータと第２セパレータとを組み合わせて絶縁セパレータを構成したときに、第１セパレータの第１表面（具体的には第１組み合わせ面）に当接する面である。

「センサ」としては、例えば、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＣＯ₂センサなどのガスセンサ、温度センサなどが挙げられる。
「絶縁セパレータ」としては、例えば、軸線方向について先端側と後端側の２つに分割したもの、即ち、絶縁セパレータが、先端側に位置する先端側セパレータ（第１セパレータ）と、後端側に位置する後端側セパレータ（第２セパレータ）とを組み合わせて構成される形態が挙げられる。また、軸線方向に沿って縦に２分割した第１セパレータ及び第２セパレータからなる絶縁セパレータも挙げられる。
「撥水層」としては、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂系化合物からなる撥水層や、撥水性を有する無機質セラミック材からなる撥水層などが挙げられる。

更に、上記のセンサであって、前記第１表面及び前記第２表面には、前記第１表面のうち、前記第１組み合わせ面に続き、この第１組み合わせ面から、前記内部収容孔の一部をなす第１収容孔が開口する第１開口縁まで延びる第１開口隣在面、及び、前記第２表面のうち、前記第２組み合わせ面に続き、この第２組み合わせ面から、上記内部収容孔の一部をなす第２収容孔が開口する第２開口縁まで延びる第２開口隣在面、の少なくともいずれかが存在しており、これら第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち存在する面にも、前記撥水層が形成されてなるセンサとすると良い。

このセンサに係る絶縁セパレータは、第１表面及び第２表面に、上述の第１開口隣在面及び第２開口隣在面の少なくともいずれかが存在する。そして、第１組み合わせ面及び第２組み合わせ面に加え、これら第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち存在する面にも、撥水層を設けている。これにより、第１組み合わせ面及び第２組み合わせ面に水が付着し難くなるのに加え、これらの組み合わせ面に続く第１開口隣在面及び第２開口隣在面にも水が付着し難くなる。これにより、端子部材同士の間の絶縁性、並びに、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性の低下を更に適切に防止できる。

なお、第１組み合わせ面が、第１収容孔が開口する第１開口縁まで延びている形態の第１セパレータでは、その第１表面に第１開口隣在面は存在しないが、第１組み合わせ面が第１開口縁まで延びていない形態の第１セパレータでは、第１組み合わせ面と第１開口縁との間に第１開口隣在面が存在する。同様に、第２組み合わせ面が、第２収容孔が開口する第２開口縁まで延びている形態の第２セパレータでは、その第２表面に第２開口隣在面は存在しないが、第２組み合わせ面が第２開口縁まで延びていない形態の第２セパレータでは、第２組み合わせ面と第２開口縁との間に第２開口隣在面が存在する。

また、「第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち存在する面にも、撥水層が形成されてなる」とは、第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち、第１開口隣在面のみが存在する場合には、この第１開口隣在面に撥水層が形成され、第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち、第２開口隣在面のみが存在する場合には、この第２開口隣在面に撥水層が形成され、第１開口隣在面及び第２開口隣在面の両者が存在する場合には、第１開口隣在面及び第２開口隣在面のそれぞれに撥水層が形成されていることを指す。

更に、上記のいずれかに記載のセンサであって、前記第１セパレータは、先端側セパレータであり、前記第２セパレータは、上記先端側セパレータの前記軸線方向の後端側に位置する後端側セパレータであり、前記第１表面及び前記第２表面には、前記第１表面のうち、前記第１組み合わせ面に続き、かつ、上記軸線方向の後端側を向く第１後端向き面、及び、前記第２表面のうち、前記第２組み合わせ面に続き、かつ、上記軸線方向の先端側を向く第２先端向き面、の少なくともいずれかが存在しており、これら第１後端向き面及び第２先端向き面のうち存在する面にも、前記撥水層が形成されてなるセンサとすると良い。

このセンサに係る絶縁セパレータは、第１表面及び第２表面に、上述の第１後端向き面及び第２先端向き面の少なくともいずれかが存在する。そして、第１組み合わせ面及び第２組み合わせ面に加え、これら第１後端向き面及び第２先端向き面のうち存在する面にも、撥水層を設けている。これにより、第１組み合わせ面及び第２組み合わせ面に水が付着し難くなるのに加え、これらの組み合わせ面に続く第１後端向き面及び第２先端向き面にも水が付着し難くなる。これにより、端子部材同士の間の絶縁性、並びに、端子部材と保持金具及び包囲部材との間の絶縁性の低下を更に適切に防止できる。
なお、「第１後端向き面」は、前述の「第１開口隣在面」にも該当する場合がある。また、「第２先端向き面」は、前述の「第２開口隣在面」にも該当する場合がある。

実施形態に係るガスセンサの縦断面図である。実施形態に係るガスセンサのうち、絶縁セパレータ近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。実施形態に係るガスセンサのうち、先端側セパレータと後端側セパレータとの組み合わせ部分近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。実施例について、絶縁性試験前後の端子部材同士の間の絶縁性を示すグラフである。比較例１について、絶縁性試験前後の端子部材同士の間の絶縁性を示すグラフである。比較例２について、絶縁性試験前後の端子部材同士の間の絶縁性を示すグラフである。比較例３について、絶縁性試験前後の端子部材同士の間の絶縁性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図３に本実施形態に係るガスセンサ（センサ）１を示す。なお、図１〜図３において、ガスセンサ１及びその検出素子４０の軸線ＡＸに沿う方向を軸線方向ＨＪとし、軸線方向ＨＪのうち、検出素子４０の検出部４１ｄが配置された側（図中下側）を先端側ＧＳ、これと反対側（図中上側）を後端側ＧＫとする。このガスセンサ１は、ＮＯｘセンサであり、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、検出素子４０の検出部４１ｄが排気管内を流通する排気ガスに曝されて、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を検出する。このガスセンサ１は、主体金具１０、プロテクタ２０、包囲部材３０、検出素子４０、絶縁セパレータ５０、端子部材６０、保持金具９０等から構成される。

このうち主体金具１０は、軸線方向ＨＪに貫通した軸孔１０ｈを有する筒状で金属製（具体的には炭素鋼製）の部材である。主体金具１０のうち先端側ＧＳに位置する金具先端部１１には、後述するプロテクタ２０が取り付けられている。一方、主体金具１０のうち後端側ＧＫに位置する金具後端部１２には、後述する包囲部材３０が取り付けられている。
また、プロテクタ２０は、後述する検出素子４０の素子先端部４１の周囲を包囲して、検出素子４０を被水や物理的な衝撃から保護する２重構造を有する金属製の部材である。このプロテクタ２０は、主体金具１０の金具先端部１１に外嵌した状態で金具先端部１１に接合（具体的には溶接）されている。

次に、包囲部材３０について説明する。包囲部材３０は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはＳＵＳ製）の部材である。包囲部材３０の先端部３１は、主体金具１０の金具後端部１２に外嵌した状態で主体金具１０に接合（具体的には溶接）されている。一方、包囲部材３０の後端部３３には、フッ素系ゴム製の弾性部材３９が装填されている。この後端部３３は径方向内側に加締められており、これにより、弾性部材３９が包囲部材３０に固定されて、包囲部材３０内が気密に封止される。この弾性部材３９には、軸線方向ＨＪに貫通する６つの挿通孔３９ｈ（図１ではそのうちの２つを図示する）が形成されており、各々の挿通孔３９ｈには、後述する端子部材６０に繋がるリード線６５がそれぞれ挿通されている。また、包囲部材３０のうち軸線方向ＨＪの中央に位置する部位は、径方向内側に加締められて縮径した加締部３２とされており、後述する保持金具９０を径方向内側に向けて押圧する。

次に、検出素子４０について説明する。検出素子４０は、軸線方向ＨＪに延びる形態、具体的には、軸線方向ＨＪに延びる細長い板状を有する。なお、図１及び図２では、紙面左右方向を板厚方向、紙面表裏方向を板幅方向として検出素子４０を示す。この検出素子４０は、主体金具１０に保持されている。具体的には、先端側ＧＳに位置する素子先端部４１が主体金具１０よりも先端側ＧＳに突出し、後端側ＧＫに位置する素子後端部４３が主体金具１０よりも後端側ＧＫに突出し、素子先端部４１と素子後端部４３との間に位置する素子胴部４２が主体金具１０の軸孔１０ｈ内に配置された状態で、主体金具１０に保持されている。

この検出素子４０は、図示しないガス検出体とヒータ体とを積層して一体化したものである。ガス検出体は、各々ジルコニアを主体とする固体電解質体上に一対の電極を形成した第１酸素ポンプセル及び第２酸素ポンプセルを有し、ＮＯｘ濃度の検出を行う。一方、ヒータ体は、ガス検出体を早期活性化させるために加熱を行う。検出素子４０のうち素子先端部４１には、ＮＯｘの濃度を検出する検出部４１ｄが設けられている。一方、検出素子４０のうち素子後端部４３には、片側に３つずつ合計６つの電極パッド４７（図１及び図２ではそのうちの２つを図示する）が形成されている。

次に、絶縁セパレータ５０について説明する。絶縁セパレータ５０は、絶縁セラミック（具体的にはアルミナ）からなり、包囲部材３０内に配置されて、自身の内部収容孔５０ｈ内に検出素子４０の素子後端部４３及びリード線６５に接続された６つの端子部材６０（図１及び図２では主にそのうちの２つを図示する）を収容する。この絶縁セパレータ５０は、端子部材６０同士を互いに非接触の状態で絶縁しつつ保持して、端子部材６０同士の間の電気的絶縁を確保すると共に、端子部材６０と後述する保持金具９０及びこれに接触する包囲部材３０との間の電気的絶縁を確保するものである。

この絶縁セパレータ５０は、先端側ＧＳに位置する先端側セパレータ（第１セパレータ）５１と、これよりも後端側ＧＫに位置して先端側セパレータ５１と組み合わせて用いる後端側セパレータ（第２セパレータ）５５とから構成される。また、絶縁セパレータ５０の内部収容孔５０ｈは、後述するように、先端側セパレータ５１に形成された先端側収容孔（第１収容孔）５１ｈと、後端側セパレータ５５に形成された後端側収容孔（第２収容孔）５５ｈによって構成される。

先端側セパレータ５１は、この先端側セパレータ５１を軸線方向ＨＪに貫通する先端側収容孔５１ｈを有する筒状の本体部５２と、この本体部５２から径方向外側及び後端側ＧＫに突出する鍔部５３とからなる。先端側収容孔５１ｈは、先端側収容孔５１ｈの内側を向く６つの凹部が３つずつ並んで向き合っている。この先端側収容孔５１ｈには、６つの端子部材６０の先端側接触部６１が、それぞれ上述の凹部内に互いに間隔をあけて配置されて絶縁され、しかも、これら先端側接触部６１の径方向内側には、検出素子４０の素子後端部４３が配置されている。そして、この先端側収容孔５１ｈ内において、各々の端子部材６０の先端側接触部６１と、素子後端部４３の６つの電極パッド４７とがそれぞれ接触して導通している。

一方、後端側セパレータ５５は、先端側セパレータ５１の鍔部５３の径方向内側で本体部５２及び鍔部５３にそれぞれ当接した状態で、先端側セパレータ５１に嵌合している。この後端側セパレータ５５には、軸線方向ＨＪに貫通する６つの後端側収容孔５５ｈが形成されている。これらの後端側収容孔５５ｈは、それぞれ円筒状を有する。各々の後端側収容孔５５ｈには、６つの端子部材６０の後端側把持部６２がそれぞれ挿入されている。これらの後端側把持部６２は、後端側収容孔５５ｈ内においてそれぞれリード線６５（その芯線）を把持している。各々のリード線６５は、後端側セパレータ５５よりも後端側ＧＫに延出し、更に弾性部材３９の挿通孔３９ｈを貫通して、ガスセンサ１の外部に引き出されている。

本実施形態の先端側セパレータ５１の表面（第１表面）５１ｃは、本体部５２の先端面５２ｓ、後端面５２ｋ、内周面５２ｎ及び外周面５２ｍと、鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ、後端面５３ｋ、内周面５３ｎ及び外周面５３ｍとからなる。具体的には、本体部５２の先端面５２ｓは、本体部５２の先端に位置して先端側ＧＳを向く面である。また、本体部５２の後端面５２ｋは、本体部５２の後端に位置して後端側ＧＫを向く面である。また、本体部５２の内周面５２ｎは、本体部５２の内部に位置して本体部５２の先端面５２ｓと後端面５２ｋとの間を結ぶ面であり、この内周面５２ｎによって先端側収容孔５１ｈが構成される。また、本体部５２の外周面５２ｍは、本体部５２の外周をなす円筒形状を有する面であり、本体部５２の先端面５２ｓと鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓとの間を結ぶ。

また、鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓは、鍔部５３の先端側ＧＳに位置して円錐台の錐面形状を有する面であり、前述のように、本体部５２の外周面５２ｍの後端側ＧＫに繋がっている。また、鍔部５３の後端面５３ｋは、鍔部５３の後端に位置して後端側ＧＫを向く円環形状を有する面である。また、鍔部５３の内周面５３ｎは、鍔部５３の内周をなす円筒形状を有する面であり、本体部５２の後端面５２ｋと鍔部５３の後端面５３ｋとの間を結んでいる。また、鍔部５３の外周面５３ｍは、鍔部５３の外周をなす円筒形状を有する面であり、鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓと後端面５３ｋとの間を結んでいる。

このうち本体部５２の後端面５２ｋは、後端側セパレータ５５に対向して当接する（具体的には、後述する後端側セパレータ５５の先端面５５ｓの対向面５５ｓａと対向して当接する）対向面５２ｋａと、後端側セパレータ５５と対向しない非対向面５２ｋｂとに分けられる。鍔部５３の内周面５３ｎは、後端側セパレータ５５に当接する当接面である。この先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、本体部５２の後端面５２ｋの対向面５２ｋａ、及び、鍔部５３の内周面５３ｎが、前述の「第１組み合わせ面」に相当する。

また、本体部５２の後端面５２ｋの非対向面５２ｋｂは、後端面５２ｋの対向面５２ｋａに続き、この対向面５２ｋａから、内部収容孔５０ｈの先端側ＧＳの部分をなす先端側収容孔５１ｈが開口する開口縁（第１開口縁）５２ｋｆまで延びる面であり、前述の「第１開口隣在面」に相当する。この非対向面５２ｋｂは、後端面５２ｋの対向面５２ｋａに続き、かつ、後端側ＧＫを向く面であるので、前述の「第１後端向き面」にも相当する。また、鍔部５３の後端面５３ｋは、鍔部５３の内周面５３ｎに続き、かつ、後端側ＧＫを向く面であり、この後端面５３ｋも前述の「第１後端向き面」に相当する。

先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、「第１組み合わせ面」である本体部５２の後端面５２ｋの対向面５２ｋａ及び鍔部５３の内周面５３ｎには、撥水性を有する第１撥水層５４が形成されている。この第１撥水層５４は、撥水性を有する無機質セラミック材から形成された厚み約１μｍの層である。本実施形態では、これに加えて、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、「第１開口隣在面」かつ「第１後端向き面」である本体部５２の後端面５２ｋの非対向面５２ｋｂ、及び、「第１後端向き面」である鍔部５３の後端面５３ｋにも、それぞれ第１撥水層５４が形成されている。従って、本体部５２の後端面５２ｋは、その全面に第１撥水層５４が形成されている。

なお、この第１撥水層５４は、以下のようにして形成する。即ち、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、本体部５２の後端面５２ｋの全面、並びに、鍔部５３の後端面５３ｋ及び内周面５３ｎ以外の面に、マスキングを行う。そして、撥水性を有する無機質セラミック材を含んだコート剤を、本体部５２の後端面５２ｋの全面、並びに、鍔部５３の後端面５３ｋ及び内周面５３ｎに塗布し乾燥させて、第１撥水層５４を形成する。その後マスキングを剥がす。

一方、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、本体部５２の後端面５２ｋ並びに鍔部５３の後端面５３ｋ及び内周面５３ｎ以外の面、即ち、本体部５２の先端面５２ｓ、内周面５２ｎ及び外周面５２ｍ、並びに、鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ及び外周面５３ｍには、撥水層が形成されていない。即ち、先端側セパレータ５１をなす絶縁セラミックが表面に露出している。このため、後述するように、先端側セパレータ５１と保持金具９０とは、撥水層を介することなく、直接接触している。

一方、後端側セパレータ５５の表面（第２表面）５５ｃは、先端面５５ｓと、後端面５５ｋと、内周面５５ｎと、外周面５５ｍとからなる。具体的には、先端面５５ｓは、後端側セパレータ５５の先端に位置して先端側ＧＳを向く面である。また、後端面５５ｋは、後端側セパレータ５５の後端に位置して後端側ＧＫを向く面である。また、内周面５５ｎは、後端側セパレータ５５の内部に位置して先端面５５ｓと後端面５５ｋの間を結ぶ面であり、この内周面５５ｎによって後端側収容孔５５ｈが構成される。また、外周面５５ｍは、後端側セパレータ５５の外周をなす円筒形状を有する面であり、先端面５５ｓと後端面５５ｋとの間を結んでいる。

このうち先端面５５ｓは、先端側セパレータ５１に対向して当接する（具体的には、本体部５２の後端面５２ｋの対向面５２ｋａと対向して当接する）対向面５５ｓａと、先端側セパレータ５１と対向しない非対向面５５ｓｂとに分けられる。また、外周面５５ｍは、先端側ＧＳに位置し、先端側セパレータ５１に当接する当接面５５ｍａと、後端側ＧＫに位置し、先端側セパレータ５１に近接しない非当接面５５ｍｂとに分けられる。即ち、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、先端面５５ｓの対向面５５ｓａ、及び、外周面５５ｍの当接面５５ｍａが、前述の「第２組み合わせ面」に相当する。

また、先端面５５ｓの非対向面５５ｓｂは、先端面５５ｓの対向面５５ｓａに続き、この対向面５５ｓａから、内部収容孔５０ｈの後端側ＧＫの部分をなす各後端側収容孔５５ｈが開口する各開口縁（第２開口縁）５５ｓｆまで延びる面であり、前述の「第２開口隣在面」に相当する。また、この非対向面５５ｓｂは、先端面５５ｓの対向面５５ｓａに続き、かつ、先端側ＧＳを向く面であり、前述の「第２先端向き面」にも相当する。

後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、「第２組み合わせ面」である先端面５５ｓの対向面５５ｓａ及び外周面５５ｍの当接面５５ｍａには、撥水性を有する第２撥水層５６が形成されている。この第２撥水層５６は、前述の第１撥水層５４と同様に、撥水性を有する無機質セラミック材から形成された厚み約１μｍの層である。また、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、「第２開口隣在面」かつ「第２先端向き面」である先端面５５ｓの非対向面５５ｓｂにも、第２撥水層５６が形成されている。従って、後端側セパレータ５５の先端面５５ｓは、その全面に第２撥水層５６が形成されている。

なお、この第２撥水層５６は、以下のようにして形成する。即ち、先端面５５ｓの全面、及び、外周面５５ｍの当接面５５ｍａ以外の面に、マスキングを行う。そして、撥水性を有する無機質セラミック材を含んだコート剤を、先端面５５ｓの全面、及び、外周面５５ｍの当接面５５ｍａに塗布し乾燥させて、第２撥水層５６を形成する。その後マスキングを剥がす。

一方、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、先端面５５ｓ及び外周面５５ｍの当接面５５ｍａ以外の面、即ち、後端面５５ｋ、外周面５５ｍの非当接面５５ｍｂ及び内周面５５ｎには、撥水層が形成されていない。即ち、後端側セパレータ５５をなす絶縁セラミックが表面に露出している。

次に、保持金具９０について説明する。保持金具９０は、包囲部材３０と絶縁セパレータ５０との間に介在して、絶縁セパレータ５０を径方向外側から把持して包囲部材３０に保持させる金属製（具体的にはＳＵＳ製）の部材である。この保持金具９０は、筒状の金具外周部９１と、この金具外周部９１の後端側ＧＫから径方向内側に折り曲げられて金具外周部９１の径方向内側に配置された筒状の金具内周部９２とからなり、一端側で繋がった二重円筒形状を有する。

金具外周部９１は、その径方向外側で包囲部材３０に当接しており、包囲部材３０のうち径方向内側に加締められた加締部３２によって径方向内側に向けて押圧される。その一方で、金具内周部９２は、絶縁セパレータ５０のうち、先端側セパレータ５１の鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓに先端側ＧＳから係合しつつ、先端側セパレータ５１の本体部５２の外周面５２ｍに当接する。これにより、先端側セパレータ５１及びこれと組み合わせた後端側セパレータ５５が、保持金具９０を介して包囲部材３０に保持される。

なお、金具内周部９２が当接して把持する先端側セパレータ５１の鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ、及び、先端側セパレータ５１の本体部５２の外周面５２ｍのうち、後端側ＧＫの後端側外周面５２ｍａが、前述の「被把持面」に相当する。鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ及び本体部５２の後端側外周面５２ｍａを含む外周面５２ｍには、前述のように、撥水層が形成されていない。つまり、保持部材９０は、撥水層を介することなく、鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ及び本体部５２の外周面５２ｍの後端側外周面５２ｍａに、直接当接している。

以上で説明したように、本実施形態のガスセンサ１では、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、「第１組み合わせ面」である本体部５２の後端面５２ｋの対向面５２ｋａ及び鍔部５３の内周面５３ｎに、第１撥水層５４を設けている。また、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、「第２組み合わせ面」である先端面５５ｓの対向面５５ｓａ及び外周面５５ｍの当接面５５ｍａに、第２撥水層５６を設けている。これにより、包囲部材３０内で結露が生じた場合でも、絶縁セパレータ５０のうち先端側セパレータ５１と後端側セパレータ５５とを組み合わせた部分（対向面５２ｋａと対向面５５ｓａとの間、及び、内周面５３ｎと当接面５５ｍａとの間）に、水が溜まり難くなる。従って、これらの部分に付着した水に起因して、絶縁セパレータ５０内に収容された端子部材６０同士の間の絶縁性、並びに、端子部材６０と保持金具９０及びこれと接触する包囲部材３０との間の絶縁性が低下するのを防止できる。

しかも、このガスセンサ１では、先端側セパレータ５１の表面５１ｃ及び後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、保持金具９０が当接して把持する被把持面（鍔部５３の先端側テーパ面５３ｓ及び本体部５２の外周面５２ｍの後端側外周面５２ｍａ）には、撥水層が形成されておらず、絶縁セパレータ５０の表面５０ｃ（被把持面５２ｍａ，５３ｓ）に直接、保持金具９０が当接している。従って、保持金具９０が絶縁セパレータ５０を確実に保持できる。

更に、本実施形態では、先端側セパレータ５１の表面５１ｃに、「第１開口隣在面」である本体部５２の後端面５２ｋの非対向面５２ｋｂが存在すると共に、後端側セパレータ５５の表面５５ｃに、「第２開口隣在面」である先端面５５ｓの非対向面５５ｓｂが存在する。そして、非対向面（第１開口隣在面）５２ｋｂに第１撥水層５４を設けると共に、非対向面（第２開口隣在面）５５ｓｂに第２撥水層５６を設けている。これにより、対向面５２ｋａ及び内周面５３ｎ（第１組み合わせ面）、並びに、対向面５５ｓａ及び当接面５５ｍａ（第２組み合わせ面）に、水が付着し難くなるのに加え、非対向面（第１開口隣在面）５２ｋｂ及び非対向面（第２開口隣在面）５５ｓｂにも、水が付着し難くなる。これにより、端子部材６０同士の間の絶縁性、並びに、端子部材６０と保持金具９０及び包囲部材３０との間の絶縁性の低下を更に適切に防止できる。

また、本実施形態では、先端側セパレータ５１の表面５１ｃに、「第１後端向き面」である本体部５２の後端面５２ｋの非対向面５２ｋｂ及び鍔部５３の後端面５３ｋが存在すると共に、後端側セパレータ５５の表面５５ｃに、「第２先端向き面」である先端面５５ｓの非対向面５５ｓｂが存在する。そして、非対向面５２ｋｂ及び後端面５３ｋ（第１後端向き面）に第１撥水層５４を設けると共に、非対向面５５ｓｂ（第２先端向き面）に第２撥水層５６を設けている。これにより、対向面５２ｋａ及び内周面５３ｎ（第１組み合わせ面）、並びに、対向面５５ｓａ及び当接面５５ｍａ（第２組み合わせ面）に、水が付着し難くなるのに加え、非対向面５２ｋｂ及び後端面５３ｋ（第１後端向き面）並びに非対向面（第２先端向き面）５５ｓｂにも、水が付着し難くなる。これにより、端子部材６０同士の間の絶縁性、並びに、端子部材６０と保持金具９０及び包囲部材３０との間の絶縁性の低下を更に適切に防止できる。

（実施例及び比較例）
次いで、本発明の効果を検証するために行った絶縁性試験の結果について説明する。まず、実施例として、実施形態に係るガスセンサ１を９ヶ用意した。このガスセンサ１では、前述のように、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、第１組み合わせ面（対向面５２ｋａ及び内周面５３ｎ）、第１開口隣在面（非対向面５２ｋｂ）及び第１後端向き面（非対向面５２ｋｂ及び後端面５３ｋ）に、第１撥水層５４を設けた。また、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、第２組み合わせ面（対向面５５ｓａ及び当接面５５ｍａ）、第２開口隣在面（非対向面５５ｓｂ）及び第２先端向き面（非対向面５５ｓｂ）に、第２撥水層５６を設けた。

また、比較例１として、ガスセンサを６ヶ用意した。この比較例１のガスセンサでは、先端側セパレータ５１の表面５１ｃの「全面」に撥水層を設けると共に、後端側セパレータ５５の表面５５ｃの「全面」に撥水層を設けた。それ以外は、実施例のガスセンサ１と同様とした。
また、比較例２として、ガスセンサを４ヶ用意した。この比較例２のガスセンサでは、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのいずれの部位にも撥水層を設けなかった。また、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのいずれの部位にも撥水層を設けなかった。それ以外は、実施例のガスセンサ１と同様とした。

また、比較例３として、ガスセンサを５ヶ用意した。この比較例３のガスセンサでは、実施例のガスセンサ１とは逆に、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、第１組み合わせ面５２ｋａ，５３ｎ、第１開口隣在面５２ｋｂ及び第１後端向き面５２ｋｂ，５３ｋには撥水層を設けずに、これら以外の部分に撥水層を設けた。また、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、第２組み合わせ面５５ｓａ，５５ｍａ、第２開口隣在面５５ｓｂ及び第２先端向き面５５ｓｂには撥水層を設けずに、これら以外の部分に撥水層を設けた。それ以外は、実施例のガスセンサ１と同様とした。
なお、これら実施例及び比較例１〜３の各ガスセンサでは、次述する「絶縁性試験」において結露を生じ易くするため、その作製時に包囲部材３０内にスポイトで水滴を１滴（１μｌ）ずつ垂らした上で包囲部材３０内を密閉した。

次に、これら実施例及び比較例１〜３の各々のガスセンサについて、「絶縁性試験」を行った。まず、試験前の各ガスセンサについて、検出素子４０のうちガス検出体の電極パッド４７の１つに接続された端子部材６０に繋がるリード線６５と、ヒータ体の電極パッド４７の１つに接続された端子部材６０に繋がるリード線６５との間の常温時の絶縁抵抗値を、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
次に、各ガスセンサを全体が水中に没するように浴槽（水槽）中に浸し、浴槽をホットプレートで加熱した。包囲部材３０内に封入した水滴による結露を生じさせるため、３０分間の加熱（電源ＯＮ）と、９０分間の冷却（電源ＯＦＦ）とを１０回ずつ繰り返して行い、水温を４０℃〜１００℃の間で周期的に変動させた。その後、各ガスセンサを浴槽から取り出し、試験前と同様にして、端子部材６０同士の間の常温時の絶縁抵抗値を測定した。その結果を図４〜図７に示す。図４は実施例、図５は比較例１、図６は比較例２、図７は比較例３をそれぞれ示している。

図４〜図７から明らかなように、実施例及び比較例１〜３のいずれのガスセンサにおいても、上述の「絶縁性試験」を行った後は、絶縁抵抗が低下した。但し、実施例及び比較例１のガスセンサに比して、比較例２，３のガスセンサでは、試験後の絶縁抵抗の低下が大きく、３桁以上低下した。実施例及び比較例１のガスセンサでは、絶縁セパレータ５０のうち先端側セパレータ５１と後端側セパレータ５５とを組み合わせる部分に撥水層を設けたことで、包囲部材３０内で結露が生じた際も、この組み合わせ部分には水が付着し難くなった。このため、この組み合わせ部分に付着した水に起因して、絶縁セパレータ５０内に収容された端子部材６０同士の間の絶縁性が低下するのを適切に防止できたと考えられる。

なお、比較例１のガスセンサは、この絶縁性試験においては良好な結果を示したものの、ガスセンサに外部から強い衝撃が加わったときなどに、絶縁セパレータ５０（その先端側セパレータ５１）が保持金具９０から抜け易くなり、先端側セパレータ５１及び後端側セパレータ５５に位置ズレが生じて、保持金具９０が絶縁セパレータ５０を確実に保持できない場合がある。絶縁セパレータ５０の表面５０ｃのうち、保持金具９０が当接して把持する被把持面５２ｍａ，５３ｓにも、撥水層が設けられているため、保持金具９０が滑り易いからである。従って、実施例のガスセンサ１のように、被把持面５２ｍａ，５３ｓには、撥水層を設けないのがよい。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、先端側セパレータ５１の表面５１ｃのうち、第１組み合わせ面５２ｋａ，５３ｎ、第１開口隣在面５２ｋｂ及び第１後端向き面５２ｋｂ，５３ｋに、後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、第２組み合わせ面５５ｓａ，５５ｍａ、第２開口隣在面５５ｓｂ及び第２先端向き面５５ｓｂにのみ、撥水層５４，５６を設け、被把持面５２ｍａ，５３ｓを含め、残る表面全体には、撥水層を設けない形態を例示したが、これに限られない。例えば、先端側セパレータ５１の表面５１ｃ及び後端側セパレータ５５の表面５５ｃのうち、被把持面５２ｍａ，５３ｓのみ、撥水層を設けずに、第１組み合わせ面５２ｋａ，５３ｎや第２組み合わせ面５５ｓａ，５５ｍａ等を含む他の部位には、撥水層を設ける形態としてもよい。また、実施形態では、絶縁セパレータが２部材から構成されるもので説明したが、これに限られず、３部材以上から構成されていてもよい。

１ガスセンサ（センサ）
１０主体金具
２０プロテクタ
３０包囲部材
４０検出素子
４３素子後端部
４７電極パッド
５０絶縁セパレータ
５０ｃ（絶縁セパレータの）表面
５０ｈ内部収容孔
５１先端側セパレータ（第１セパレータ）
５１ｃ（先端側セパレータの）表面（第１表面）
５２（先端側セパレータの）本体部
５２ｋ（本体部の）後端面
５２ｋａ（後端面の）対向面（第１組み合わせ面）
５２ｋｂ（後端面の）非対向面（第１開口隣在面，第１後端向き面）
５２ｋｆ開口縁（第１開口縁）
５２ｍ（本体部の）外周面
５２ｍａ後端側外周面（被把持面）
５３（先端側セパレータの）鍔部
５３ｓ（鍔部の）先端側テーパ面（被把持面）
５３ｋ（鍔部の）後端面（第１後端向き面）
５３ｎ（鍔部の）内周面（近接面，第１組み合わせ面）
５４第１撥水層
５５後端側セパレータ（第２セパレータ）
５５ｃ（後端側セパレータの）表面（第２表面）
５５ｓ（後端側セパレータの）先端面
５５ｓａ（先端面の）対向面（第２組み合わせ面）
５５ｓｂ（先端面の）非対向面（第２開口隣在面，第２先端向き面）
５５ｓｆ開口縁（第２開口縁）
５５ｍ（後端側セパレータの）外周面
５５ｍａ（外周面の）当接面（第２組み合わせ面）
５６第２撥水層
６０端子部材
９０保持金具
ＡＸ軸線
ＨＪ軸線方向
ＧＳ（軸線方向の）先端側
ＧＫ（軸線方向の）後端側

Claims

軸線方向に延びる形態を有し、上記軸線方向の後端側の素子後端部に複数の電極パッドを有する検出素子と、
上記検出素子の上記素子後端部を、上記軸線方向に直交する径方向の外側から包囲する金属製の包囲部材と、
上記検出素子の上記複数の電極パッドにそれぞれ電気的に接続する複数の端子部材と、
絶縁セラミックからなり、上記包囲部材内に配置され、上記複数の端子部材を互いに絶縁しつつ自身の内部収容孔内に保持する絶縁セパレータと、
上記包囲部材と上記絶縁セパレータとの間に介在し、上記絶縁セパレータを上記径方向の外側から把持して上記包囲部材に保持させる保持金具と、を備える
センサであって、
上記絶縁セパレータは、
上記内部収容孔を分割する第１セパレータと第２セパレータとを組み合わせて構成されてなり、
上記第１セパレータの表面である第１表面のうち、上記第２セパレータと組み合わせる第１組み合わせ面に、及び、上記第２セパレータの表面である第２表面のうち、上記第１セパレータと組み合わせる第２組み合わせ面に、撥水性を有する撥水層が形成されてなり、かつ、
上記第１表面及び上記第２表面のうち、上記保持金具が当接して把持する被把持面には、上記撥水層が形成されることなく、直接、上記保持金具が当接してなる
センサ。
請求項１に記載のセンサであって、
前記第１表面及び前記第２表面には、
前記第１表面のうち、前記第１組み合わせ面に続き、この第１組み合わせ面から、前記内部収容孔の一部をなす第１収容孔が開口する第１開口縁まで延びる第１開口隣在面、及び、
前記第２表面のうち、前記第２組み合わせ面に続き、この第２組み合わせ面から、上記内部収容孔の一部をなす第２収容孔が開口する第２開口縁まで延びる第２開口隣在面、の少なくともいずれかが存在しており、
これら第１開口隣在面及び第２開口隣在面のうち存在する面にも、前記撥水層が形成されてなる
センサ。
請求項１または請求項２に記載のセンサであって、
前記第１セパレータは、先端側セパレータであり、
前記第２セパレータは、上記先端側セパレータの前記軸線方向の後端側に位置する後端側セパレータであり、
前記第１表面及び前記第２表面には、
前記第１表面のうち、前記第１組み合わせ面に続き、かつ、上記軸線方向の後端側を向く第１後端向き面、及び、
前記第２表面のうち、前記第２組み合わせ面に続き、かつ、上記軸線方向の先端側を向く第２先端向き面、の少なくともいずれかが存在しており、
これら第１後端向き面及び第２先端向き面のうち存在する面にも、前記撥水層が形成されてなる
センサ。