(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に沿って延び、固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けられる１対の電極とを備えたセルを少なくとも１つ有する板状のガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を自身の内側に挿通する貫通孔を有し、前記ガスセンサ素子の先端側に形成された検出部が突出するように保持する筒状の主体金具と、
前記主体金具の内表面と前記ガスセンサ素子の外表面との間に配置され、前記ガスセンサ素子と前記主体金具との間隙の気密を維持するシール部材とを備えたガスセンサにおいて、
前記ガスセンサ素子を自身の内側に挿通する略矩形状の挿通孔を有し、かつ前記シール部材の後端向き面に自身の平坦面が直接接して該シール部材を先端に向かって押圧してなる金属パッキンを備え、前記金属パッキンの前記平坦面の外径が該シール部材の後端向き面の外径以上であり、かつ前記金属パッキンの前記平坦面の内側端と前記ガスセンサ素子の表面とのクリアランスの大きさが、前記ガスセンサ素子の厚みの半分以下であり、
前記金属パッキンの熱膨張率が前記主体金具の熱膨張率より大きいガスセンサ。
【請求項２】
前記金属パッキンの前記挿通孔内に配置された前記ガスセンサ素子の側面は、絶縁材料にて形成されてなる請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記主体金具と前記パッキンとの間隙は、前記ガスセンサ素子と前記金属パッキンとの間隙よりも小さい請求項１または請求項２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記主体金具は、前記金属パッキンよりも後端側にて前記ガスセンサ素子と間隙を有しつつ径方向内側に向かって突出し、前記金属パッキンを先端側に押し付ける加締め部を有し、
前記金属パッキンは、前記加締め部と軸線方向に重なる位置において、最大厚みＴを有しており、
前記金属パッキンの最大厚みＴは、前記加締め部の最大厚みｔよりも厚いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記金属パッキンの前記平坦面を通る径方向に沿った断面で見たときに、前記ガスセンサ素子は、幅方向の長さが厚み方向の長さよりも長い略長方形状を有していると共に、前記ガスセンサ素子と前記金属パッキンとの前記厚み方向の前記クリアランスの大きさは、前記幅方向の前記クリアランスの大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記主体金具は、六角形部と、該六角形部より先端側に配置されて前記六角形部より縮径のねじ部とを有し、かつ前記主体金具の貫通孔の径方向内側には前記シール部材の先端側を直接又は間接的に当接する棚部が突出し、
前記棚部の後端向き面が前記ねじ部より後端側に位置する請求項１〜５のいずれか記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガス中の酸素やＮＯｘ等の濃度を検出するガスセンサとして、酸素イオン伝導性の固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けられる１対の電極とを備えたセルを少なくとも１つ有するガスセンサ素子を備えたものが知られている。
このガスセンサにおいて、ガスセンサ素子は筒状の主体金具の内側に挿通されて保持されており、ガスセンサ素子と主体金具との間隙にはシール部材（滑石からなる粉末充填層）が介装されている。又、シール部材の後端側には、主体金具の後端を加締めることでシール部材を先端に向かって押圧する環状のセラミックスリーブ及び金属パッキンが配置され、この押圧によりシール部材が充填され、上記間隙の気密を維持するようになっている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８７９３５号公報（図１）
【特許文献２】特開２００７−２０５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アルミナ等からなるセラミックスリーブはコストが高いと共に、強度を確保するために比較的厚くする必要があり、主体金具内で保持されるガスセンサ素子の軸線方向の長さが相対的に長くなる。その結果、主体金具内にガスセンサ素子を組付ける際、主体金具に対してガスセンサ素子が偏芯して組付けられた場合、セラミックスリーブ内に挿通されているガスセンサ素子がセラミックスリーブに干渉する。これに対して、シール部材に加締めによる押圧がかかることで、ガスセンサ素子が偏芯を削減するよう移動するため、シール部材を支点として曲げ応力がガスセンサ素子に発生し、ガスセンサ素子にクラックや折損が生じるおそれがある。
そこで、本発明は、シール部材を介して主体金具の内側に挿通し保持されるガスセンサ素子のクラックや折損を低減すると共に、コスト低減が可能な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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に沿って延び、固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けられる１対の電極とを備えたセルを少なくとも１つ有する板状のガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を自身の内側に挿通する貫通孔を有し、前記ガスセンサ素子の先端側に形成された検出部が突出するように保持する筒状の主体金具と、前記主体金具の内表面と前記ガスセンサ素子の外表面との間に配置され、前記ガスセンサ素子と前記主体金具との間隙の気密を維持するシール部材とを備えたガスセンサにおいて、前記ガスセンサ素子を自身の内側に挿通する略矩形状の挿通孔を有し、かつ前記シール部材の後端向き面に自身の平坦面が直接接して該シール部材を先端に向かって押圧してなる金属パッキンを備え、前記金属パッキンの前記平坦面の外径が該シール部材の後端向き面の外径以上であり、かつ前記金属パッキンの前記平坦面の内側端と前記ガスセンサ素子の表面とのクリアランスの大きさが、前記ガスセンサ素子の厚みの半分以下であり、前記金属パッキンの熱膨張率が前記主体金具の熱膨張率より大きい。
このガスセンサによれば、金属パッキンの平坦面が、シール部材の後端向き面に直接接して該シール部材を先端に向かって押圧してなる。これにより、従来のセラミックスリーブを削減することができ、コストを低減できる。又、セラミックスリーブに比べ、金属パッキンの厚みを薄くしても金属パッキンの強度を確保することができるので、主体金具の内側に挿通し保持されるガスセンサ素子の軸線方向の長さが短くなり、金属パッキンに挿通されているガスセンサ素子が金属パッキンに干渉する干渉代を低減することができる。よって、ガスセンサ素子にクラックや折損が生じることを低減できる。
【０００６】
さらに、金属パッキンがガスセンサ素子を自身の内側に挿通する略矩形状の挿通孔を有し、金属パッキンの平坦面の外径が該シール部材の後端向き面の外径以上であり、かつ金属パッキンの平坦面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランスの大きさが、ガスセンサ素子の厚みの半分以下である。これにより、金属パッキンの平坦面がシール部材を確実に押圧することができ、押圧されたシール部材が確実に充填され、ガスセンサ素子と主体金具との間隙の気密を確実に維持する。金属パッキンの平坦面の外径がシール部材の後端向き面の外径未満である、または金属パッキンの平坦面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランスの大きさが、ガスセンサ素子の厚みの半分を越える場合には、シール部材が充填されず、ガスセンサ素子と主体金具との間隙の気密が維持できない。なお、「金属パッキンの平坦面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランス」とは、板状に形成されたガスセンサ素子の４つの表面と金属パッキンの平坦面の４つの内側端（金属パッキンの矩形状の挿通孔が形成される４つの内側端）との間に設けられる４つのクリアランスのうち、それぞれのクリアランスのことを指す。なお、このクリアランスは、図５に示すように、金属パッキンの平坦面を通る径方向に沿った断面にて確認することができる。
【０００７】
さらに、本前記金属パッキンの熱膨張率が前記主体金具の熱膨張率より大きい。この場合、冷熱サイクルによって金属パッキンが主体金具よりも軸線方向に熱膨張するので、熱膨張時にシール部材の押圧（圧縮）力が弱くならず、ガスセンサ素子と主体金具との間隙の気密が損なわれることが防止される。
【０００８】
さらに、本発明では、前記金属パッキンの挿通孔内に配置された前記ガスセンサ素子の側面は、絶縁材料にて形成されてなることが好ましい。金属パッキンの平坦面によりシール部材を確実に押圧するためには、金属パッキンの前記平坦面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランスが、該シール部材の後端向き面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランス以下とすることが好ましい。この時、金属パッキンとガスセンサ素子とのクリアランスが相対的に狭くなり、場合によっては（シール部材がセンサ素子に接触する場合等）、金属パッキンとガスセンサ素子とが接触するおそれがある。この際、ガスセンサ素子の側面が絶縁材料にて形成されてなると、ガスセンサ素子の固体電解質体が金属パッキンと接触することが無く、金属パッキンを介したガスセンサ素子と主体金具との導通を防止することができる。
【０００９】
さらに、本発明では、前記主体金具と前記金属パッキンとの間隙は、前記ガスセンサ素子と前記金属パッキンとの間隙よりも小さいことが好ましい。このように、金属パッキンをガスセンサ素子と主体金具との隙間において、より主体金具側に配置することで、金属パッキンが径方向に移動することを制限でき、ガスセンサ素子と金属パッキンとが接触することを防止できる。その結果、金属パッキンを介したガスセンサ素子と主体金具との導通を防止することができる。
【００１０】
さらに、本発明では、前記主体金具は、前記金属パッキンよりも後端側にて前記ガスセンサ素子と間隙を有しつつ径方向内側に向かって突出し、前記金属パッキンを先端側に押し付ける加締め部を有し、前記金属パッキンは、前記加締め部と軸線方向に重なる位置において、最大厚みＴを有しており、前記金属パッキンの最大厚みＴは、前記加締め部の最大厚みｔよりも厚いことが好ましい。
主体金具の後端側に金属パッキンを先端側に押し付ける加締め部を有するガスセンサにおいては、センサ素子との接触を考慮し、加締め部とセンサ素子との間に間隙を設けることが好ましい。しかしながら、この間隙を設けることで、加締め部により金属パッキン全体を軸線方向に覆うことができず、金属パッキンの平坦面のうち、内側端付近の平坦面に所定の押圧力を与えることが困難となる場合がある。しかしながら、このガスセンサによれば、金属パッキンが、前記加締め部と軸線方向に重なる位置において、最大厚みＴを有しており、かつ金属パッキンの最大厚みＴを加締め部の最大厚みｔよりも厚くすることで、センサ素子との間に間隙を設けた加締め部であっても、金属パッキンの内側端付近の平坦面に所定の押圧力を与えることでき、金属パッキンの平坦面全体がシール部材を確実に押圧することができる。
なお、金属パッキンの平坦面が、径方向外側に向かうにつれて先端側に延びる形態であれば、金属パッキンの平坦面がシール部材をより強固に押圧することができる。
【００１１】
さらに、本発明では、前記金属パッキンの前記平坦面を通る径方向に沿った断面で見たときに、前記ガスセンサ素子は、幅方向の長さが厚み方向の長さよりも長い略長方形状を有していると共に、前記ガスセンサ素子と前記金属パッキンとの前記厚み方向の前記クリアランスの大きさは、前記幅方向の前記クリアランスの大きさよりも小さいことが好ましい。
このように、断面が幅方向の長さが厚み方向の長さよりも長い略長方形状を有するガスセンサ素子においては、ガスセンサ素子と金属パッキンとの厚み方向のクリアランスを幅方向のクリアランスよりも小さくすることで、より金属パッキンの平坦面がシール部材をより確実に押圧することができる。
【００１２】
さらに、本発明では、前記主体金具は、六角形部と、該六角形部より先端側に配置されて前記六角形部より縮径のねじ部とを有し、かつ前記主体金具の貫通孔の径方向内側には前記シール部材の先端側を直接又は間接的に当接する棚部が突出し、前記棚部の後端向き面が前記ねじ部より後端側に位置してもよい。
このガスセンサによれば、粉末充填層からの押圧力が最も掛かる棚部が、薄肉となるねじ部より後端側となるので、ねじ部に押圧力が掛からず、ねじ部が軸線方向に延びてガスセンサ素子と主体金具との間隙の気密が損なわれることが防止される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、シール部材を介して主体金具の内側に挿通し保持されるガスセンサ素子のクラックや折損を低減すると共に、ガスセンサのコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図２】外筒内の弾性部材、端子金具、絶縁部材、及び主体金具の配置状態を示す斜    視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】本発明の実施形態に係るガスセンサの要部拡大断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るガスセンサのうち、金属パッキンの平坦面上を通る断面（図４のＡ−Ａ断面）図である。
【図６】本発明の変形例を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）２００の軸線Ｏ方向（長手方向：紙面上下方向）に沿う断面図、図２は、外筒１４４内の弾性部材１５０、端子金具３０、絶縁部材１６６、及び主体金具１３８の配置状態を示す斜視図である。なお、端子金具３０の配置をわかりやすくするため、図２において外筒１４４、内筒１８０、挟み付け部材１６７をそれぞれ省略してある。酸素センサ２００は、排気管に固定されるためのねじ部１３８ｂが外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、軸線Ｏ方向に延びる板状形状をなす酸素センサ素子（ガスセンサ素子）１０と、軸線Ｏ方向に貫通するコンタクト挿通孔１６６ａの内壁面が酸素センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁部材１６６と、絶縁部材１６６の周囲を取り囲み、主体金具１３８に接続する金属製の内筒１８０と、絶縁部材１６６に自身の先端側がそれぞれ離間して保持される５個の端子金具３０（図１では、３個図示）と、端子金具３０の後端側にそれぞれ電気的に接続されて酸素センサ２００より外部に引き出される５本のリード線１４６（図１では、２本図示）と、絶縁部材１６６の後端側に配置されるセパレータ保持部材１７０、セパレータ１６９及びゴム製の弾性部材（ゴムキャップ）１５０とを主に備えている。また、主体金具１３８の後端側には金属製の外筒１４４が接続されている。
【００１６】
酸素センサ素子１０は全領域空燃比センサ素子であり、公知の構造を有しているが、簡単に説明すると、酸素センサ素子１０の先端部には、被測定ガス（排気ガス）が内部に導入される測定室と、第１ポンピングセルと、酸素濃度検出セルとを備える検出部が設けられている。このうち、各セルは固体電解質体と一対の電極から構成されている。又、酸素センサ素子１０は、セルを活性させるためのヒータを備え、ヒータは発熱抵抗体の表裏を絶縁層（アルミナ層）で挟んだ構成になっている。
又、酸素センサ素子１０の対向する両表面１０１ａ、１０１ｂのうち、片面１０１ａには上記ヒータの絶縁層が露出しており、他の面１０１ｂには酸素濃度検出セルを構成する固体電解質体が向いているが、この固体電解質体の外表面には絶縁層が被覆されている。さらに、酸素センサ素子１０の両表面１０１ａ、１０１ｂに接続する２つの表面も絶縁層にて覆われている。従って、酸素センサ素子１０の４つの表面はいずれも絶縁材料にて構成されており、酸素センサ素子１０を主体金具１３８の内部に保持する際、後述する金属パッキン１０８を用いたとしても、酸素センサ素子１０の固体電解質体が金属パッキン１０８と接触することが無く、金属パッキン１０８を介した酸素センサ素子１０と主体金具１３８との導通を防止することができる。
【００１７】
そして、酸素センサ素子１０の後端部の両表面１０１ａ、１０１ｂには、両セルからの出力を取り出したり、ヒータへの電力の供給を行うために、セルやヒータに電気的に接続する電極端子１０ａ、１０ｂが設けられている。
なお、図１は酸素センサ素子１０の両表面１０１ａ、１０１ｂに垂直な断面を示し、酸素センサ素子１０の後端部の一方の面１０１ａ（図１の左側）に２個の電極端子１０ａが形成され、他の面１０１ｂ（図１の右側）に３個の電極端子１０ｂが形成されている。又、酸素センサ素子１０の先端部の外表面には、多孔質保護層２０が被覆されている。
【００１８】
主体金具１３８は、略筒状形状であり、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有すると共に、軸線方向中央よりも後端寄りには、径方向外側に突出してねじ部１３８ｂを回す工具を係合するための六角形部１３８ａを有する。又、貫通孔１５４の径方向内側には、軸線Ｏ方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成された棚部１５２が突出している。主体金具１３８は、酸素センサ素子１０の検出部が設けられた先端部を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子１０ａ、１０ｂが設けられた後端部を貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、酸素センサ素子１０を貫通孔１５４内に保持している。
なお、棚部１５２の後端向き面は、ねじ部１３８ｂの後端より後端側に位置している。
【００１９】
主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、酸素センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５６（滑石リング）、および上述の金属パッキン１０８がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、セラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１０４が配置されている。そして、主体金具１３８の後端部は、金属パッキン１０８を先端側に押し付ける加締め部１３８ｓを有しており、加締め部１３８ｓを加締めることで、金属パッキン１０８を介して粉末充填層１５６を圧縮し、酸素センサ素子１０と主体金具１３８との間隙の気密を維持している。この粉末充填層１５６は、軸線Ｏ方向に複数個配置しても良い。なお、粉末充填層１５６が特許請求の範囲の「シール部材」に相当する。
【００２０】
この金属パッキン１０８は、酸素センサ素子１０を自身の内側に挿通する略矩形状の挿通孔を中心に有する円板状をなしている。又、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａは、粉末充填層１５６の後端向き面１５６ａに直接密着するよう、平坦となっている。金属パッキン１０８は、例えば各種ステンレス鋼を用いて製造することができる。
なお、先端向き面１０８ａが特許請求の範囲の「平坦面」に相当する。
【００２１】
このように、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａが、粉末充填層１５６の後端向き面１５６ａに直接接して粉末充填層１５６を先端に向かって押圧してなる。これにより、粉末充填層１５６を後端側から押圧（圧縮）する部材として、従来のセラミックスリーブを削減することができ、コストを低減できる。又、金属パッキン１０８の厚みを薄くしても金属パッキン１０８の強度を確保することができるので、主体金具１３８の内側に挿通し保持される酸素センサ素子１０の軸線方向の長さが短くなり、金属パッキン１０８に挿通されている酸素センサ素子１０が金属パッキン１０８に干渉する干渉代を低減することができる。よって、酸素センサ素子１０にクラックや折損が生じることを低減できる。
なお、棚部１５２は、セラミックホルダ１５１及び金属ホルダ１０４を介し、粉末充填層１５６の先端側を間接的に保持しているが、セラミックホルダ１５１を削除して、粉末充填層１５６を金属ホルダ１０４内に配置してもよい。
【００２２】
さらに、図４に示すように、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａの外径が粉末充填層１５６の後端向き面１５６ａの外径以上であり、かつ金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａの内側端１０８ｂと酸素センサ素子１０の表面１０１ａとのクリアランスＳの大きさが、酸素センサ素子１０の厚みＷの半分以下となっている。酸素センサ素子１０の厚みＷとは、酸素センサ素子１０の両表面１０１ａ、１０１ｂ間の長さ（図４における左右方向の長さ）を指す。なお、本実施例では、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａの外径と粉末充填層１５６の後端向き面１５６ａの外径とが同径である。また、本実施例では、酸素センサ素子１０の厚みＷは、１ｍｍ〜１．５ｍｍであるのに対し、クリアランスＳは０.０５ｍｍ〜０.１ｍｍとなっている。これにより、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａが粉末充填層１５６を確実に押圧することができ、押圧された粉末充填層１５６が確実に充填され、酸素センサ素子１０と主体金具１３８との間隙の気密を確実に維持する。なお、図４においては、図面左側の部位にて、金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａの外径が粉末充填層１５６の後端向き面１５６ａの外径以上であり、かつ金属パッキン１０８の先端向き面１０８ａの内側端１０８ｂと酸素センサ素子１０の表面１０１ａとのクリアランスＳの大きさが、酸素センサ素子１０の厚みＷの半分以下であることを示したが、図面右側の部位（つまり、酸素センサ素子１０の表面１０１ｂ側の部位）においても、上述の関係になっていることは言うまでもない。さらには、酸素センサ素子１０の両表面１０１ａ、１０１ｂに接続する２つの表面側の部位においても、同様の関係となっている。
【００２３】
又、冷熱サイクルによって主体金具１３８が軸線Ｏ方向に熱膨張し、シール部材（粉末充填層）１５６の押圧（圧縮）力が弱くなり、ガスセンサ素子１０と主体金具１３８との間隙の気密が損なわれることがある。そこで、金属パッキン１０８の熱膨張率を主体金具１３８の熱膨張率より大きくすると、金属パッキン１０８が主体金具１３８よりも軸線Ｏ方向に熱膨張するので、熱膨張時にシール部材（粉末充填層）１５６の押圧（圧縮）力が弱くならず、酸素センサ素子１０と主体金具１３８との間隙の気密が損なわれることが防止される。
なお、例えば主体金具１３８がＳＵＳ４３０から成る場合、金属パッキン１０８をＳＵＳ３０４から製造すれば、金属パッキン１０８の熱膨張率が主体金具１３８の熱膨張率より大きくなる。
【００２４】
又、金属パッキン１０８の厚みを薄くできるので、粉末充填層１５６の先端側を保持する棚部１３８を、従来より後端側に配置することができる。特に、棚部１５２の後端向き面を、ねじ部１３８ｂより後端側に位置させると、粉末充填層１５６からの押圧力が最も掛かる棚部１５２が、薄肉となるねじ部１３８ｂより後端側となるので、ねじ部１３８ｂに押圧力が掛からず、ねじ部１３８ｂが軸線Ｏ方向に延びてガスセンサ素子１０と主体金具１３８との間隙の気密が損なわれることが防止される。
【００２５】
さらに、主体金具１３８と金属パッキン１０８との間隙が、酸素センサ素子１０と金属パッキン１０８との間隙よりも小さくなっている。このように、金属パッキン１０８を酸素センサ素子１０と主体金具１３８との隙間において、より主体金具１３８側に配置することで、金属パッキン１０８が径方向に移動することを制限でき、酸素センサ素子１０と金属パッキン１０８とが接触することを防止できる。その結果、金属パッキン１０８を介した酸素センサ素子１０と主体金具１３８との導通を防止することができる。
【００２６】
さらに、図４に示すように、加締め部１３８ｓと軸線方向に重なる位置において、金属パッキン１０８は最大厚みＴを有しており、金属パッキン１０８の最大厚みＴは、加締め部１３８ｓの最大厚みｔよりも厚くなっている。これにより、酸素センサ素子１０との間に間隙を設けた加締め部１３８ｓであっても、金属パッキン１０８の内側端１０８ｂ付近の平坦面１０８ａに所定の押圧力を与えることでき、金属パッキン１０８の平坦面１０８ａ全体が粉末充填層１５６を確実に押圧することができる。
【００２７】
さらに、図５に示すように、酸素センサ素子１０と金属パッキン１０８との厚み方向のクリアランスの大きさＳａは、幅方向のクリアランスの大きさＳｂよりも小さくされている。断面における幅方向の長さＶが厚み方向の長さＷよりも長い略長方形状を有する酸素センサ素子１０においては、酸素センサ素子１０と金属パッキン１０８との厚み方向のクリアランスＳａを幅方向のクリアランスＳｂよりも小さくすることで、金属パッキン１０８の平坦面１０８ａが粉末充填層１５６をより確実に押圧することができる。
【００２８】
図１に戻り、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、酸素センサ素子１０の先端部を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
【００２９】
一方、主体金具１３８の後端側外周面１３８ｃに外筒１４４の先端部が外嵌され、主体金具１３８に外筒１４４が溶接により取付けられている。この外筒１４４は、筒状形状を有すると共に、後端部内側には、弾性部材１５０がされており、外筒１４４を封止している。
【００３０】
外筒１４４の内側であって、弾性部材１５０の先端側には、セパレータ保持部材１７０及びセパレータ１６９がこの順に先端側から後端側に向かって軸線Ｏ方向に接しつつ配置されている。そして、弾性部材１５０及びセパレータ保持部材１７０が外筒１４４を介して縮径状に加締められ、弾性部材１５０及びセパレータ保持部材１７０の弾性力によってセパレータ１６９を外筒１４４内に保持している。
弾性部材１５０は円柱状に形成され、リード線を軸線方向Ｏにそれぞれ挿通させる貫通孔が形成されている。又、セパレータ保持部材１７０は金属製の筒体となっている。
【００３１】
セパレータ１６９は、例えば、セラミックからなり、本体部１６９ａと本体部１６９ａから径方向外側に突出する複数の凸部１６９ｂを有する。端子金具３０は、隣り合う２つの凸部１６９ｂ間に、それぞれ１つづつ配置されることで、端子金具３０同士が短絡することを防止している。
【００３２】
さらに、外筒１４４の内側であって、セパレータ保持部材１７０よりも先端側には、絶縁部材１６６が配置されている。この絶縁部材１６６は軸線Ｏ方向に沿って２つに分割される略板状になっており、分割された２つの部材に各端子金具３０を組み込んだ後で部材を組み立て、さらに各部材の外周にバネ性を有する挟み付け部材１６７を外嵌して各部材を結合し（挟み付け）ている。この際、端子金具３０の先端縁のＬ字状係止端３１ｅを絶縁部材１６６の先端向き面に係止して端子金具３０を固定している。そして端子金具３０は、絶縁部材１６６内でコンタクト挿通孔１６６ａに臨むように保持されている。
一方、コンタクト挿通孔１６６ａ内において、端子金具３０の先端側の突起３１ｐが設けられており、酸素センサ素子１０の電極端子１０ａ、１０ｂに電気的に接触するようになっている。このようにして、端子接続構造が形成されている。なお、端子金具３０の後端側の圧着端子部３３ｅにて、リード線１４６と接続している。
【００３３】
さらに、外筒１４４の内部にあって、絶縁部材１６６及び挟み付け部材１６７の外側には内筒１８０が配置されている。内筒１８０は縮径状に加締められ、これによって挟み付け部材１６７が押圧されて変形して両絶縁部材１６６を外側から挟み付け、各電極端子１０ａ、１０ｂと端子金具３０との電気的接続をより確実にしている。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に係るセンサ２００の製造方法の一例を示す工程図である。なお、各構成部材を見やすくするため、図３では、リード線１４６側を上向きとして図示しているが、実際には図３の上下を逆にして製造がおこなわれる。
まず、分割された２つの絶縁部材１６６に端子金具３０（図示せず）を組み込み、さらに絶縁部材１６６の後端側にそれぞれセパレータ保持部材１７０、セパレータ１６９をこの順に組み付ける。さらに、端子金具３０の後端に接続したリード線１４６を、弾性部材１５０の貫通孔に挿通させて後端側に引き出す（図３（ａ））。
次に、両絶縁部材１６６の外周にバネ性を有する挟み付け部材１６７を外嵌して両絶縁部材１６６を結合する（挟み付ける）（図３（ｂ））。
次に、両絶縁部材１６６及び挟み付け部材１６７を包囲するように内筒１８０を被せる（図３（ｃ））。なお、主体金具１３８との接触面積を増やすため、本実施形態では内筒１８０の先端が花弁状に径方向外側に広がってフランジ部１８０Ｌを形成しているが、内筒１８０の先端が単に切断面になっていてもよい。
【００３５】
そして、フランジ部１８０Ｌを主体金具１３８の後端向き面１３８ｄに当接させる（図３（ｄ））。なお、主体金具１３８には予め二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が溶接されており、さらには、センサ素子１０、金属ホルダ１０４、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５６、及び金属パッキン１０がそれぞれ配置され、主体金具１３８の後端部を加締められ、加締め部１３８ｓが形成されている。その後、フランジ部１８０Ｌを主体金具１３８の後端向き面１３８ｄに当接させると、絶縁部材１６６内のコンタクト挿通孔１６６ａにセンサ素子１０の後端が挿入され、端子金具３０に電極端子１０ａ、１０ｂが接触される。
【００３６】
次に、内筒１８０を加締め部Ｓ１で縮径状に加締めると、挟み付け部材１６７が変形して両絶縁部材１６６を外側から挟み付ける。さらに、内筒１８０を加締めた際、センサ素子１０の芯ズレに対応し、センサ素子１０の電極端子１０ａ、１０ｂに対して無理な力が加わらずに芯ズレを吸収した位置に内筒１８０が偏移する。
そして、このように偏移した位置で、内筒１８０を主体金具１３８の後端向き面１３８ｄに溶接する（溶接位置Ｗ１）（図３（ｅ））。
次に、外筒１４４を内筒１８０の外側に配置し、外筒１４４の先端側を主体金具１３８の後端側外周面１３８ｃ（図３（ｅ）参照）に外筒１４４の先端を外嵌する。そして、それぞれ加締め部Ｓ２、Ｓ３で外筒１４４を縮径状に加締め、弾性部材１５０及びセパレータ保持部材１７０を外筒１４４内に保持した後、外筒１４４の先端側と主体金具１３８の後端側外周面１３８ｃとの間を溶接し（溶接位置Ｗ２）、外筒１４４を主体金具１３８に接続する（図３（ｆ））。
以上により、酸素センサ２００が作製される。
【００３７】
（実施例）
実施例１として、加締め部１３８ｓ形成前の主体金具１３８、酸素センサ素子１０、金属パッキン１０８、金属ホルダ１０４、セラミックホルダ１５１及び粉末充填層１５６を準備した。なお、主体金具１３８の内径うち、金属パッキン１０８や粉末充填層１５６が配置される部位の内径はφ１０ｍｍ、酸素センサ素子１０の幅方向の長さは４．２５ｍｍ、酸素センサ素子１０の厚み方向の長さは１．４６ｍｍである。また、粉末充填層１５６の重量は２．４ｇとする。そして、金属パッキン１０８として、外径がφ９．９ｍｍ、挿通孔が４．５５ｍｍ×１．７ｍｍ、高さ１．５ｍｍの断面が略長方形状となる金属パッキン１０８を準備した。
次に、主体金具１３８内に、それぞれ酸素センサ素子１０、金属ホルダ１０４、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５６及び金属パッキン１０８を挿入し、主体金具１３８の後端側を加締め、加締め部１３８ｓを形成した。この際、滑石の充填密度が２．５ｇ／ｃｍ３となるように、主体金具の加締め部１３８ｓに加締め荷重αｋｇを加えた。また、この組み付け後の酸素センサ素子１０と金属パッキン１０８とのクリアランスＳとしては、０．１２ｍｍ、または０．１５ｍｍとなっている。
その後、この組み付け体の酸素センサ素子１０と主体金具１３８との間隙に対して、酸素センサ素子１０の先端側から加圧１．５ＭＰａにてエアーを吹き付け、酸素センサ素子１０の後端側へのリーク量（ｍｌ／ｍｉｎ）を測定した。
その結果、実施例１では、リーク量が１．１ｍｌ／ｍｉｎとなった。
【００３８】
これに対し、実施例１と同様に比較例１、２、３を作成した。なお、比較例１では、金属パッキンとして、外径が、後端側：φ９．９ｍｍ、挿通孔が４．５５ｍｍ×１．７ｍｍ、高さ１．５ｍｍである、断面が先端側に向かって窄む形状の金属パッキンを準備した。
また、比較例２では、金属パッキンとして、外径がφ９．１ｍｍ、挿通孔が４．５５ｍｍ×１．７ｍｍ、高さ１．５ｍｍの断面が略長方形状となる金属パッキンを準備した。
さらに、比較例３では、金属パッキンして、外径がφ９．９ｍｍ、挿通孔が５．８ｍｍ×３ｍｍ、高さ１．５ｍｍの断面が略長方形状となる金属パッキンを準備した。
そして、実施例１と同様に、それぞれ酸素センサ素子１０、金属ホルダ１０４、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５６及び比較例１〜３の金属パッキンをそれぞれ挿入し、主体金具１３８の後端側を加締め、加締め部１３８ｓを形成した。なお、この時の加締め荷重としては、実施例１と同一の値であるαｋｇを加えた。
【００３９】
その後、比較例１〜３に対して実施例１と同様に、エアーを吹き付け、酸素センサ素子１０の後端側へのリーク量（ｍｌ／ｍｉｎ）を測定した。
その結果、比較例１では、リーク量が２．０ｍｌ／ｍｉｎ、比較例２では、リーク量が１．５ｍｌ／ｍｉｎ、比較例３では、リーク量が１．８ｍｌ／ｍｉｎとなり、いずれも実施例１よりもリーク量が増加してしまった。
これは、比較例１では、金属パッキンの先端向き面が粉末充填層の後端向き面に対して平坦面になっていないため、粉末充填層が十分に充填でいなかったためと考えられる。
また、比較例２では、金属パッキンの平坦面の外径がシール部材の後端向き面の外径未満であったため、粉末充填層が十分に充填でいなかったためと考えられる。
また、比較例３では、金属パッキンの平坦面の内側端とガスセンサ素子の表面とのクリアランスの大きさが、ガスセンサ素子の厚みの半分を越えたため、粉末充填層が十分に充填でいなかったためと考えられる。
【００４０】
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、金属パッキン１０８の形状は特に限定されず、シール部材に接する先端向き面が平坦であれば、反対面（後端向き面）は平坦でなく面取り等がされていてもよい。たとえば、図６に示すように、金属パッキン２０８の先端向き面は平坦面２０８ａを有しているが、後端向き面２０８ｃは、金属パッキン２０８が内側に向かうにつれて厚みが減少するように曲面形状に形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、金属パッキン１０８の平坦面１０８ａは、軸線方向に略垂直な方向に延びているが、図６に示すように、軸線方向に垂直な破線と比較して、径方向外側に向かうにつれて先端側に延びていてもよい。このように、径方向外側に向かうにつれて先端側に延びることで、金属パッキン２０８の平坦面２０８ａが粉末充填層１５６をより強固に押圧することができることがある。
又、センサ素子は上記した酸素センサ素子（全領域空燃比センサ素子）の他、λセンサ素子、ＮＯｘセンサ素子、アンモニアセンサ素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０                酸素センサ素子
１０８              金属パッキン
１０８ａ            金属パッキンの先端向き面
１３８              主体金具
１３８ａ            六角形部
１３８ｂ            ねじ部
１５２              棚部
１５４              主体金具の貫通孔
１５６              粉末充填層
２００              ガスセンサ
Ｏ                  軸線方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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