(57)【要約】【課題】センサ素子にセラミック製の保持部材やスリーブを挿通して主体金具に保持する際の破損を防止できるセンサを提供する。【解決手段】軸方向に延び先端に検出部１０ａを有する板状のセンサ素子１０と、センサ素子の外周面を囲み該センサ素子の断面積より大きい断面積の挿通孔を有するセラミック製の保持部材２１と、保持部材を係止する係止部９が形成されセンサ素子と保持部材とを内部に収容する筒状の主体金具２と、保持部材の後端側に配置されセンサ素子の外周面と主体金具の内周面との間に充填される粉末充填材２２、２３と、センサ素子の外周面を囲みつつ粉末充填材の後端側を保持部材に向かって押圧するセラミック製のスリーブ３０とを備えたセンサ１であって、保持部材とスリーブのうち少なくとも一方の内面２１ｉと、センサ素子の外周面との間に可撓性の緩衝部材５１、５２が介装されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延び先端に検出部を有する板状のセンサ素子と、前記センサ素子の外周面を囲み該センサ素子の断面積より大きい断面積の挿通孔を有するセラミック製の保持部材と、前記保持部材を係止する係止部が形成され前記センサ素子と前記保持部材とを内部に収容する筒状の主体金具と、前記保持部材の後端側に配置され前記センサ素子の外周面と前記主体金具の内周面との間に圧縮充填される粉末充填材と、前記センサ素子の外周面を囲みつつ前記粉末充填材の後端側を前記保持部材に向かって押圧するセラミック製のスリーブとを備えたセンサであって、
前記保持部材と前記スリーブのうち少なくとも一方の内面と、前記センサ素子の外周面との間に可撓性の緩衝部材が介装されているセンサ。
【請求項２】
前記緩衝部材は、前記保持部材の後端側の角部、及び／又は前記スリーブの先端側の角部に接している請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記緩衝部材は、前記角部から該角部に繋がる面に延設されている請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記緩衝部材は、前記センサ素子の外周面のうち対向する広幅の面にそれぞれ介装されている請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ。
【請求項５】
前記粉末充填材の内面と、前記センサ素子の外周面との間に可撓性の第２の緩衝部材が介装されている請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製保持部材を用い、板状のセンサ素子を筒状の主体金具に固定したセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。これらの（ガス）センサは、特定ガスの濃度検出を行う細長い板状のセンサ素子をセラミック製保持部材に挿通し、保持部材を筒状の主体金具の内部に収容してセンサ素子を固定している。さらに、保持部材の後端側（センサ素子の検出部である先端と反対側）に滑石等の粉末充填材を充填し、粉末充填材の後端側をセラミック製スリーブで押圧することで、粉末充填材が圧縮されてセンサ素子の外周面と主体金具の内周面との隙間を埋めると共に、保持部材を主体金具内面の段部（係止部）に係合して固定するようになっている（特許文献１）。
ここで、保持部材をセンサ素子に接合剤で固定することが一般に行われているが、接合剤が外側にはみ出してセンサ素子が主体金具に対して傾いたり、センサ素子と主体金具の間の気密性が低下する可能性がある。そこで、保持部材を複数の分割片から構成し、分割片の合わせ目近傍に接合剤を塗布することで、接合剤のはみ出しを防止する技術が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１６２７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１６２３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センサ素子、保持部材及びスリーブはいずれもセラミック製であるため、センサ素子を保持部材やスリーブの挿通孔に挿通して粉末充填材を圧縮する際、センサ素子と保持部材やスリーブとが偏心したり位置ずれして互いに接触し、センサ素子が破損するおそれがある。
本発明は、センサ素子にセラミック製の保持部材やスリーブを挿通して主体金具に保持する際の破損を防止することができるセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明のセンサは、軸方向に延び先端に検出部を有する板状のセンサ素子と、前記センサ素子の外周面を囲み該センサ素子の断面積より大きい断面積の挿通孔を有するセラミック製の保持部材と、前記保持部材を係止する係止部が形成され前記センサ素子と前記保持部材とを内部に収容する筒状の主体金具と、前記保持部材の後端側に配置され前記センサ素子の外周面と前記主体金具の内周面との間に圧縮充填される粉末充填材と、前記センサ素子の外周面を囲みつつ前記粉末充填材の後端側を前記保持部材に向かって押圧するセラミック製のスリーブとを備えたセンサであって、前記保持部材と前記スリーブのうち少なくとも一方の内面と、前記センサ素子の外周面との間に可撓性の緩衝部材が介装されている。
このようにすると、センサ素子を保持部材やスリーブに挿通して粉末充填材を圧縮する際、センサ素子と保持部材やスリーブとが偏心したり位置ずれしてもセンサ素子が緩衝部材に接触し、緩衝部材が撓んで衝撃を緩和し、センサ素子の破損を防止する。
【０００６】
前記緩衝部材は、前記保持部材の後端側の角部、及び／又は前記スリーブの先端側の角部に接していてもよい。
このようにすると、センサ素子を保持部材やスリーブに挿通して粉末充填材を圧縮する際に、センサ素子が偏心したり位置ずれした時にセンサ素子に押圧力が最も掛かる角部を緩衝部材で保護することができるので、センサ素子と保持部材やスリーブとの接触による衝撃の緩和効果が大きい。
【０００７】
前記緩衝部材は、前記角部から該角部に繋がる面に延設されていてもよい。
このようにすると、角部に繋がる面で緩衝部材を保持部材（スリーブ）に係止することができるので、センサの組み付け時や使用時に緩衝部材が保持部材（スリーブ）から抜け落ちるのを防止する。
【０００８】
前記緩衝部材は、前記センサ素子の外周面のうち対向する広幅の面にそれぞれ介装されていてもよい。
このようにすると、保持部材やスリーブの内面のうち、センサ素子との接触面積が大きい側に緩衝部材が介在するので、センサ素子と保持部材やスリーブとの接触による衝撃の緩和効果が大きい。
【０００９】
前記粉末充填材の内面と、前記センサ素子の外周面との間に可撓性の第２の緩衝部材が介装されていてもよい。
このようにすると、センサ製造の際にプレスピンで圧縮された粉末充填材がプレスピンの孔に流れ込み、プレスピンの抜き動作と共にセンサ素子が動くのを防止する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、センサ素子にセラミック製の保持部材やスリーブを挿通して主体金具に保持する際の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサの長手方向に沿う断面図である。
【図２】緩衝部材と保持部材にセンサ素子を挿通する状態を示す斜視図である。
【図３】緩衝部材を示す断面図である。
【図４】緩衝部材となる緩衝部材用シートの構成を示す平面図である。
【図５】センサを製造する際、滑石リングをプレスする工程を示す図である。
【図６】保持部材とセンサ素子との間に介装される緩衝部材の変形例を示す図である。
【図７】保持部材とセンサ素子との間に介装される緩衝部材の別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ（酸素センサ）１の長手方向に沿う断面図を示す。なお、図１の下側（センサ素子１０の検出部１０ａに位置する先端側）を「先端側」と称し、上側を「後端側」と称する。
センサ（酸素センサ）１は、センサ素子１０を組み付けたアッセンブリである。センサ１は、軸方向（図１の上下方向）に延びる板状のセンサ素子１０と、自動車エンジンの排気管に固定される主体金具２とを備えている。主体金具２は略円筒状をなし、排気管に固定されるためのねじ部２４が外表面に形成される一方、内面２５を有し、内面２５の径方向内側に突出する係止部（棚部）９を先端側に有している。そして、主体金具２はセンサ素子１０を内面２５に収容し、センサ素子１０の先端側（検出部１０ａ）を主体金具２から突出させた状態で、センサ素子１０を保持している。内面２５とセンサ素子１０の外周面との間には、センサ素子１０の外周面を囲む環状セラミック製の保持部材２１、粉末充填材（滑石リング）２２、２３、およびセラミック製のスリーブ３０がこの順に検出部１０ａ側から積層されつつ、センサ素子１０に挿通されている。そして主体金具２の後端部２ａを加締めてスリーブ３０を先端側に押し付けることにより、保持部材２１が棚部９に係止されつつ滑石リング２２，２３が圧縮され、滑石リング２２，２３が押し潰れて内面２５とセンサ素子１０との隙間に充填され、センサ素子１０が主体金具２内の所定位置にしっかりと固定される。
なお、保持部材２１及び滑石リング２２は金属カップ２０を介して主体金具２の内面２５に収容されている。
【００１３】
さらに、保持部材２１の（孔の）内面と、センサ素子１０の外周面との間に可撓性の緩衝部材（アルミナメッシュ）５１が介装されている。同様に、スリーブ３０の（孔の）内面と、センサ素子１０の外周面との間にも可撓性の緩衝部材（アルミナメッシュ）５２が介装されている。さらに、滑石リング２３の（孔の）内面と、センサ素子１０の外周面との間にも可撓性の第２の緩衝部材（アルミナメッシュ）５３が介装されている。
詳しくは後述するが、緩衝部材５１、５２は、それぞれセラミック製の保持部材２１（又はスリーブ３０）の（孔の）内面と、センサ素子１０とが直接接触するのを防止し、これらが接触して破損するのを防止している。一方、第２の緩衝部材５３は、後述するように、センサ製造の際にプレスピンで圧縮された滑石リング２３がプレスピンの孔に流れ込むのを防止する。
【００１４】
又、主体金具２後端には外筒８０が接続され、センサ素子１０の電極に接続されたリード線６８が外筒８０の後端からグロメット７７を介して引き出されている。リード線６８の一端には端子金具６０が接続され、ガスセンサ素子１０の後端に設けられた電極端子（図示せず）と電気的に接続されている。
一方、主体金具２の先端側外周には、センサ素子１０の検出部１０ａを覆う金属製の外部プロテクタ４および内部プロテクタ３が取り付けられている。
【００１５】
滑石リング２２，２３としては、滑石（セラミック粉末）、ガラス（ケイ酸ガラスまたはケイ酸塩ガラス等のケイ酸化合物）を挙げることができる。又、保持部材２１やスリーブ３０の内面と外面に上記滑石やガラス等を配してもよい。
緩衝部材５１，５２、及び第２の緩衝部材５３としては、セラミック繊維のメッシュや不織布、ガラス繊維のメッシュや不織布を用いることができ、セラミックやガラスを繊維状にすることで可撓性が付与される。特に、高温の排気ガスに曝されることから、耐熱性の観点でセラミックを用いるのがよい。
【００１６】
なお、この例ではセンサ素子１０は、酸素濃淡電池セルと酸素ポンプセルとを有する酸素センサ素子であるが、酸素センサの構成は公知のものを用いることができる。つまり、酸素センサの酸素濃淡電池セルと酸素ポンプセルは、それぞれ固体電解質層表面に一対の電極を配置した構成になっていて、又、固体電解質層を保護したり、ヒータを積層するために固体電解質層を覆って絶縁層（アルミナ等）が積層されている。このため、センサ素子１０の少なくとも表面はセラミックからなる。
【００１７】
次に、緩衝部材について説明する。
図２に示すように、保持部材２１の中心にはセンサ素子１０の矩形状断面よりやや大きな矩形の孔２１ａが貫通し、孔２１ａにセンサ素子１０を挿通するようになっている。ここで、センサ素子１０と保持部材２１はいずれもセラミック製であるため、センサ素子１０を保持部材２１に挿通して粉末充填材を圧縮する際、センサ素子１０と保持部材２１が偏心したり位置ずれして接触し破損するおそれがある。
そこで、保持部材２１の（孔２１ａの）内面に緩衝部材５１を介装することにより、センサ素子１０が保持部材２１に対して偏心したり位置ずれしてもセンサ素子１０が緩衝部材５１に接触し、緩衝部材５１が撓んで保持部材２１との衝撃を緩和する。又、緩衝部材５１が孔２１ａを狭めるので、センサ素子１０を保持部材２１に挿通した際に軸心が合いやすくなる場合がある。
さらに、緩衝部材５１の介装面積を大きくすれば、保持部材２１上の滑石リング２２，２３を押し潰した際、緩衝部材５１がセンサ素子１０と保持部材２１の隙間を埋めて滑石（粉末充填材）が漏れるのを少なくすることも可能である。
【００１８】
緩衝部材５１は略円板状をなして保持部材２１の上面を覆いつつ、孔２１ａと略同じ大きさの矩形の孔５１ａを有し、孔５１ａにセンサ素子１０を挿通可能になっている。又、緩衝部材５１の上面から下方に向かい、孔５１ａの対向する内面を形成する２つのフラップ５１ｆ、５１ｆが直角に垂れ下がっている。従って、緩衝部材５１を保持部材２１の上面２１ｔに装着すると、フラップ５１ｆ、５１ｆが孔２１の内面を覆い、センサ素子１０と孔２１の内面との間に介装されて衝撃を緩和するようになっている。
【００１９】
ここで、この実施形態において、フラップ５１ｆ、５１ｆが緩衝部材５１の上面に繋がっているため、図３に示すように、緩衝部材５１（フラップ５１ｆ、５１ｆと緩衝部材５１の上面）は、孔２１ａの内面２１ｉから保持部材２１の後端側の角部２１ｅを経て、角部２１ｅに繋がる保持部材２１の上面２１ｔまで延設されている。つまり、緩衝部材５１が保持部材２１の内面２１ｉと後端側の角部２１ｅとを確実に覆っている。このため、後述するようにセンサ素子１０を孔２１ａに挿通して滑石リング２２を圧縮する際、センサ素子１０が偏心したり位置ずれした時にセンサ素子１０に押圧力が最も掛かる角部２１ｅを、緩衝部材５１（フラップ５１ｆ、５１ｆ及び緩衝部材５１の上面）で保護することができるので、衝撃の緩和効果が大きい。なお、図３においては、理解を容易にするよう、滑石リング２２の表示を省略している。又、保持部材２１の上面２１ｔが特許請求の範囲の「角部に繋がる面」に相当する。
さらに、フラップ５１ｆ、５１ｆが緩衝部材５１の上面に繋がっているため、緩衝部材５１の上面部分を保持部材２１上に載置するだけで、緩衝部材５１の上面が保持部材２１上面に係止され、緩衝部材５１が保持部材２１に保持される。このため、センサ１の組み付け時や使用時に緩衝部材５１が保持部材２１から抜け落ちるのを防止することができる。
【００２０】
図２に戻り、この実施形態では、２つのフラップ５１ｆ、５１ｆは、孔５１ａの長辺５１Ｌの側壁をそれぞれ構成している。そのため、フラップ５１ｆ、５１ｆが孔２１ａの長辺２１Ｌの内面に介在することになるが、この長辺２１Ｌの内面は、センサ素子１０の外面のうち長辺側をなす広幅の面１０Ｌに対向している。つまり、孔２１ａの内面のうち、センサ素子１０との接触面積が大きい長辺２１Ｌ側にフラップ５１ｆ、５１ｆが介在するので、衝撃の緩和効果が大きい。
【００２１】
図４は、緩衝部材５１となる緩衝部材用シート５１ｘの構成を示す平面図である。円板状の緩衝部材用シート５１ｘの中央部にＨ型の切れ込みを入れると、緩衝部材用シート５１ｘ本体を固定端とする２つの矩形片状のフラップ５１ｆ、５１ｆが形成される。そして、フラップ５１ｆ、５１ｆを緩衝部材用シート５１ｘ本体に対して直角に折り曲げると、矩形の孔５１ａが形成されると共に、フラップ５１ｆ、５１ｆが孔５１ａの対向する内面を形成するようになる。
このように、平板状の緩衝部材用シート５１ｘに切れ込みを入れるだけで、孔２１ａの内面を覆うフラップ５１ｆ、５１ｆを形成することができるので、緩衝部材５１の製造が簡易になる（例えば、緩衝部材用シート５１ｘを円筒状に巻回する等の加工に比べ）。
なお、緩衝部材用シート５１ｘの直角の折り曲げ部が孔５１ａの長辺５１Ｌとなる。
【００２２】
次に、図５を参照し、センサを製造する際、滑石リングをプレスする工程を説明する。
この実施形態では２個の滑石リング２２、２３が積層されているが、まず、センサ素子１０を倒立させ（検出部１０ａを上向きにし）、滑石リング２２、保持部材２１、金属カップ２０をこの順に下からセンサ素子１０に挿通する（図５（ａ））。次に、円筒状のプレスピン２００の上面、及びこの上面に角部を介して繋がるプレスピン２００の内面に緩衝部材５１と同様な形状の第２の緩衝部材５３を載置する。第２の緩衝部材５３の上面はプレスピン２００の上面に係止されている。
そして、センサ素子１０の後端にプレスピン２００を挿通し、金属カップ２０側を上押えで押さえつつ、プレスピン２００を上方に押圧（プレス）する事で、滑石リング２２を押し潰し圧縮充填し、センサ素子１０と金属カップ２０をユニット化する（図５（ｂ））。この際、第２の緩衝部材５３を配置しないと、プレスピン２００の内孔に滑石２２が流れ込んでプレスピン２００とセンサ素子１０とが固着し、プレスピン２００からユニット化された素子１０を取り外す時に、抜き動作で下がったプレスピン２００と共にセンサ素子１０が動いてしまう事がある。
【００２３】
そこで、滑石リング２２とプレスピン２００の間に第２の緩衝部材５３を介装して滑石２２の侵入を防止することで、プレスピン２００と共に素子１００が動くことを抑制することができる。
第２の緩衝部材５３としては、図２に示した緩衝部材５１と同様の形状のものを用いることができるが、フラップがプレスピン２００の孔方向に延びるように配置し、プレスピン２００の孔とセンサ素子１０外面との隙間に緩衝部材５３（のフラップ）が介装されるようにする。
【００２４】
次に、ユニット化したセンサ素子１０を正立方向に引っくり返し（検出部１０ａを下向きにし）、滑石リング２２の上に、滑石リング２３、緩衝部材５２、スリーブ３０をこの順にセンサ素子１０に挿通する（図５（ｃ））。このユニットを主体金具２へ挿入し、スリーブ３０の上に金属パッキンを載置し、さらにスリーブ３０の上からセンサ素子１０の後端にプレスピン３００を挿通し、滑石リング２３をプレスし、圧縮充填する（図５（ｄ））。
そして、主体金具２の後端部２ａを加締めてスリーブ３０を先端側に押し付け、下部構造とした物を、電機接点部を備えた上部構造に挿入し一体化させ、図１に示すセンサ１を製造する。
ここで、緩衝部材５２は、センサ素子１０とスリーブ３０の孔の内面との間に介装される。そして、緩衝部材５１の場合と同様、センサ素子１０をスリーブ３０に挿通して滑石リング２３を圧縮する際、センサ素子１０がスリーブ３０に対して偏心したり位置ずれしてもセンサ素子１０が緩衝部材５２に接触し、緩衝部材５２が撓んでスリーブ３０との衝撃を緩和するようになっている。
緩衝部材５２としては、図２に示した緩衝部材５１と同様の形状のものを用い、フラップが上方に延びるように配置するとよい。このようにすると、緩衝部材５２の円板状の平面部が滑石リング２３の上面を覆いつつ、該平面部からフラップが直角に立ち上がるので、緩衝部材５２（のフラップ）がスリーブ３０の内面と先端側の角部とを覆いつつ、スリーブ３０の（孔の）内面とセンサ素子１０外面との隙間に介装される。このため、センサ素子１０をスリーブ３０に挿通して滑石リング２３を圧縮する際に、センサ素子１０に押圧力が最も掛かるスリーブ３０の（孔の）先端側角部をフラップで保護することができるので、衝撃の緩和効果が大きい。
なお、滑石リング２３はセンサ１の後端側へ漏れやすく、緩衝部材５２をスリーブ３０の（孔の）内面とセンサ素子１０との間に設けることで、滑石の漏れを防止する場合もある。
【００２５】
図６は、保持部材２１とセンサ素子１０との間に介装される緩衝部材の変形例を示す。図６において、矩形板状の緩衝部材５５は、保持部材２１の矩形状の孔２１ａの対向する２つの内面２１ｉにそれぞれ接着されている。そして、緩衝部材５５の内面にセンサ素子１０を挿通することで、保持部材２１とセンサ素子１０との間に緩衝部材５５が介装される。
なお、この例では、緩衝部材５５は保持部材２１の（孔２１ａの）後端側の角部２１ｅに接するように孔２１ａの内面２１ｉに配置されており、角部２１ｅへのセンサ素子１０の接触による衝撃を緩和するようになっている。
【００２６】
図７は、保持部材２１とセンサ素子１０との間に介装される緩衝部材の別の変形例を示す。図７において、矩形板状の緩衝部材５６は、保持部材２１の矩形状の孔２１ａの対向する２つの内面２１ｉにそれぞれ接着されている。そして、緩衝部材５６の内面にセンサ素子１０を挿通することで、保持部材２１とセンサ素子１０との間に緩衝部材５６が介装されるのは、緩衝部材５５と同様である。
但し、この例では、緩衝部材５６は保持部材２１の（孔２１ａの）内面２１ｉの中心に配置されており、後端側の角部２１ｅが緩衝部材５６で保護されずに露出している。この点で、角部２１ｅへのセンサ素子１０の接触による衝撃を緩和する点では、緩衝部材５１又は５５の方が好ましいが、保持部材２１にセンサ素子１０素子を挿通して滑石リング２２を圧縮する際の保持部材２１とセンサ素子１０素子との接触を防止するためには、孔２１ａの内面の一部に緩衝部材５６が介在していれば十分である。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、センサ素子１０の断面の形状や、保持部材２１及びスリーブ３０の孔の形状、緩衝部材の形状等は上記実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００２８】
１                                  センサ
２                                  主体金具
９                                  係止部
１０                                センサ素子
１０ａ                              検出部
２１                                保持部材
２１ｅ                              保持部材の（内面の）後端側の角部
２１ｉ                              保持部材の内面
２１ｔ                              保持部材の後端側の角部に繋がる面（上面）
２２、２３                          粉末充填材（滑石リング）
３０                                スリーブ
５１、５２、５５、５６              緩衝部材
５３                                第２の緩衝部材
【図１】
2010276472.tif 000003
【図２】
2010276472.tif 000004
【図３】
2010276472.tif 000005
【図４】
2010276472.tif 000006
【図５】
2010276472.tif 000007
【図６】
2010276472.tif 000008
【図７】
2010276472.tif 000009