(57)【要約】      （修正有）【課題】コネクタ部を有すると共に高分子材料から形成され、ガスセンサ素子の後端部に配置される基体部の熱劣化を抑制したガスセンサを提供する。【解決手段】軸線方向に延びるガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子を保持する主体金具５０と、主体金具の後端側に主体金具と離間して配置され、ガスセンサ素子の後端部が挿入された筒状の本体部１０１、及び本体部から軸線方向に対して交差する方向に延伸されたコネクタ部１０３を有する高分子材料からなる基体部と、主体金具と基体部とを接続する筒状の部材であり、自身の先端側が主体金具に接合される金属製の外筒１１０と、を備えるガスセンサ２００であって、本体部を径方向外側から覆うと共に、外筒と接合される金属カバー１４０をさらに備えている。【選択図】図３
2014038082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲み、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、
前記主体金具の後端側に該主体金具と離間して配置され、前記ガスセンサ素子の後端部が挿入された筒状の本体部、及び該本体部から前記軸線方向に対して交差する方向に延伸され、外部装置と差抜可能なコネクタ部を有する高分子材料からなる基体部と、
前記主体金具と前記基体部とを接続する筒状の部材であり、自身の先端側が主体金具に接合される金属製の外筒と、
を備えるガスセンサであって、
前記本体部を径方向外側から覆うと共に、前記外筒と接合される金属カバーをさらに備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記外筒は、前記本体部を載置するための受け部を有し、
前記金属カバーは、前記本体部を後端側から閉塞しており、
前記金属カバーと前記受け部にて前記本体部を挟持している請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記金属カバーと前記本体部との間にシール部材が介装されている請求項２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記金属カバーの先端側が、径方向内側に加締められることで、前記外筒の前記受け部に当接している請求項２又は３記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記外筒は、前記本体部の周囲を取り囲む包囲部を有し、
前記金属カバーは、前記外筒の前記包囲部とともに加締められている請求項１〜４のいずれか記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記外筒は、前記本体部の周囲を取り囲む包囲部を有し、
前記金属カバーは、前記外筒の前記包囲部とともに溶接されている請求項１〜４のいずれか記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記受け部と前記本体部とを接合するようにして、前記外筒に前記基体部がインサート成形されている請求項１〜６のいずれか記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記外筒は、前記軸線方向を中心とする周方向に対して交差する係止面であって、前記基体部の一部を取り囲んで前記基体部の当該周方向に沿った回転を規制する係止面を有する請求項１〜７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】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気系統（例えば、吸気管や吸気マニホールド）や排気系統にガスセンサを取り付け、特定ガスの濃度をモニタして燃焼状態等を制御することが行われている。そして、このような制御に一般的に用いられるガスセンサとしては、ガスセンサ素子を内部に収容するケース（主体金具）の外側に設けられた雄ねじ部を、吸気系統や排気系統の壁面に孔開けされた雌ねじ部にねじ止めして固定されている。
ところで、内燃機関を搭載した車両が衝突した際、安全性向上を目的にボンネットとエンジン部品の間隔を確保する必要があり、そのため吸気系統の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることが必要になっている。しかしながら、上述のガスセンサは、ガスセンサ素子の検出出力を取り出す接続端子及びリード線をガスセンサの後端側に引き出しているため、吸気系統から外側へのガスセンサの突き出し長さを短くする点で限界がある。
【０００３】
このようなことから、特許文献１のような、ガスセンサ素子の後端側に配置したセパレータから軸線方向に交差する方向に延びるコネクタ部を設け、ガスセンサ素子の検出出力をコネクタ部に導く、いわゆる横出し型のガスセンサが知られている。このガスセンサによれば、ガスセンサの軸線方向の高さを低くして、ガスセンサを対象物に取り付けた際の突き出し長さを短くすることができる。このガスセンサにおいては、接続端子を装着したセパレータをガスセンサ素子の後端側に配置し、接続端子から検出出力を取り出している。そして、セパレータの径方向外側を高分子材料製のカバーで覆い、カバーを主体金具に取り付けている。さらに、径方向に延びるコネクタ部をカバーと一体に設け、コネクタ部から延びるコネクタ端子を接続端子と接続することで、検出出力を外部（相手コネクタ）に取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のガスセンサの場合、ヒータによる加熱や排気ガス等に曝されることによりガスセンサ素子が高温となり、その熱が主体金具を経由して高分子材料製のカバーに伝わり、カバーの熱劣化をもたらすという問題がある。又、カバーの後端側は蓋部によって閉塞されるため、カバー内に熱がこもり、カバーの熱劣化が促進される。一方、カバー自身を金属により構成することは可能であるが、カバーに一体に設けられるコネクタ部を金属で構成することは、コネクタ端子の絶縁性の確保が難しくなったり、樹脂製の相手コネクタとの差抜の性能を低下させるので好ましくない。
そこで、本発明は、コネクタ部を有すると共に、高分子材料から形成され、ガスセンサ素子の後端部に配置される基体部の熱劣化を抑制した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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲み、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、前記主体金具の後端側に該主体金具と離間して配置され、前記ガスセンサ素子の後端部が挿入された筒状の本体部、及び該本体部から前記軸線方向に対して交差する方向に延伸され、外部装置と差抜可能なコネクタ部を有する高分子材料からなる基体部と、前記主体金具と前記基体部とを接続する筒状の部材であり、自身の先端側が主体金具に接合される金属製の外筒と、を備えるガスセンサであって、前記本体部を径方向外側から覆うと共に、前記外筒と接合される金属カバーをさらに備えている。
ガスセンサ素子はヒータによる加熱や排気ガス等に曝されて高温となり、その熱が主体金具に伝わるので主体金具も高温になる。これに対し、本発明では、基体部を主体金具と離間して配置することで、主体金具の熱が本体部（基体部）に伝わることを抑制し、本体部（さらには、コネクタ部を含む基体部）の熱劣化を抑制することができる。その上、本発明では、本体部を覆うように金属の外筒及び金属カバーが設けられており、外筒が主体金具に接合され、さらに、金属カバーが外筒に接合されている。このため、主体金具からの熱は外筒を経由して金属カバーに伝達し、外部に放熱されるので、金属カバー内部の本体部（さらには、基体部）へ伝わる熱が低減され、本体部(さらには、コネクタ部を含む基体部)の熱劣化を抑制することができる。
【０００７】
また、前記外筒は、前記本体部を載置するための受け部を有し、前記金属カバーは、前記本体部を後端側から閉塞しており、前記金属カバーと前記受け部にて前記本体部を挟持していてもよい。
このガスセンサによれば、確実に本体部を主体金具に直接接さずに離間させた状態でガスセンサに保持することができ、本体部(さらには、基体部)の熱劣化を確実に抑制することができる。又、本体部を先端側の受け部（外筒）と後端側の金属カバーとにより面で挟持するので、本体部を強固に固定でき、ガスセンサ素子からコネクタ部にわたって確実に電気的に接続することができる。
【０００８】
さらに、前記金属カバーと前記本体部との間にシール部材が介装されていてもよい。
このガスセンサによれば、シール部材を介して本体部の後端向き面を金属カバーで確実に押圧して、金属カバーと外筒とで本体部を挟持することができる。
【０００９】
さらに、前記金属カバーの先端側が、径方向内側に加締められることで、前記外筒の前記受け部に当接していてもよい。
このガスセンサによれば、本体部を先端側の受け部（外筒）と後端側の金属カバーとにより面で確実に挟持することが可能となる。これにより、確実に本体部を主体金具に直接接さずに離間させた状態でガスセンサに保持することができ、本体部(さらには、基体部)の熱劣化を確実に抑制することができる。その上、金属カバーと外筒との接合部は、主体金具に近い受け部となるため、主体金具からの熱をより先端側で金属カバーへ伝えることができ、基体部の熱劣化をさらに抑制することができる。
【００１０】
前記外筒は、前記本体部の周囲を取り囲む包囲部を有し、前記金属カバーは、前記外筒の前記包囲部とともに加締められていてもよい。
このガスセンサによれば、本体部を先端側の受け部（外筒）と後端側の金属カバーとにより面で確実に挟持することが可能となる。これにより、確実に本体部を主体金具に直接接さずに離間させた状態でガスセンサに保持することができ、本体部(さらには、基体部)の熱劣化を確実に抑制することができる。その上、このガスセンサであれば、側方から容易に加締めることができ、生産性が向上する。
【００１１】
前記外筒は、前記本体部の周囲を取り囲む包囲部を有し、前記金属カバーは、前記外筒の前記包囲部とともに溶接されていてもよい。
このガスセンサによれば、本体部を先端側の受け部（外筒）と後端側の金属カバーとにより面で確実に挟持することが可能となる。これにより、確実に本体部を主体金具に直接接さずに離間させた状態でガスセンサに保持することができ、本体部(さらには、基体部)の熱劣化を確実に抑制することができる。その上、このガスセンサであれば、金属カバーと外筒と側方から溶接で容易に接合することができ、生産性が向上する。
【００１２】
前記受け部と前記本体部とを接合するようにして、前記外筒に前記基体部がインサート成形されていてもよい。
このガスセンサによれば、基体部が外筒にインサート成形されているので、センサが被水した際に、水が金属カバーと本体部との隙間を通過してセンサ内部に進入することを防止でき、ガスセンサの水密性が向上する。また、本体部を受け部と金属カバーとにより面で強固に挟持することが可能となる。
【００１３】
前記外筒は、前記軸線方向を中心とする周方向に対して交差する係止面であって、前記基体部の一部を取り囲んで前記基体部の当該周方向に沿った回転を規制する係止面を有してもよい。
このガスセンサによれば、外筒内での基体部の回転を係止面によって容易に抑制することができる。又、基体部の一部が金属製の係止面で覆われるので、基体部へ伝わる熱が低減され、本体部(さらには、コネクタ部を含む基体部)の熱劣化をより一層抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、コネクタ部を有すると共に、高分子材料から形成され、ガスセンサ素子の後端部に配置される基体部の熱劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係るガスセンサの構成を示す斜視図である。
【図２】ガスセンサの分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】接続端子の拡大斜視図である。
【図５】コネクタ端子及び絶縁体の拡大斜視図である。
【図６】本発明の第１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７】図６に続く工程図である。
【図８】第２の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ２００の斜視図、図２は、ガスセンサ２００の分解斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は接続端子３０の拡大斜視図、図５はコネクタ端子６０及び絶縁体１０７の拡大斜視図である。
なお、ガスセンサ素子１０の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、ガスセンサ素子１０の後端部１２側をガスセンサ素子１０（及びガスセンサ）の後端側、その反対側にあるガスセンサ素子１０の検出部１１（図３参照）側をガスセンサ素子１０（及びガスセンサ）の先端側、として説明する。又、軸線Ｏ方向に垂直な方向を適宜「径方向」と称する。
又、図３、及び対応する図８以降の図においては、簡便のため、接続端子及びコネクタ端子を１つのみ表示しているが、実際には、図２、図５等に示すように、接続端子及びコネクタ端子は複数本（本発明の実施形態では、各５本づつ）設けられている。
【００１８】
図１、図２に示すように、ガスセンサ２００は、ガスセンサ素子１０及び主体金具５０を含む素子アセンブリ１３０（図６（ａ）参照）と、素子アセンブリ１３０の後端側に固定されたセパレータアセンブリ１２０（図６（ａ）参照）と、セパレータアセンブリ１２０を囲む金属製の外筒１１０と、外筒１１０に収容される本体部１０１、及び本体部１０１から径方向に延びるコネクタ部１０３を有する基体部１０５と、本体部１０１及びコネクタ部１０３に収容される絶縁体１０７と、本体部１０１を覆う金属カバー１４０と、外筒１１０の一部を覆う金属製のフランジ付ケーシング１５０と、を有する。
【００１９】
フランジ付ケーシング１５０は、筒体１５３と、筒体１５３から径方向外側に延びる一対の半円状のフランジ部１５１と、を有している。各フランジ部１５１にはフランジ孔１５１ｈが１つ開口し、フランジ孔１５１ｈに挿通したネジ（図示せず）をガスセンサ２００の取付け対象体（例えば、内燃機関の吸気系統）に設けたネジ孔にネジ止めすることで、ガスセンサ２００を取付け対象に取り付けることができる。なお、筒体１５３には周方向に沿って凹溝１５３ｂ（図７（ｇ）参照）が形成され、この凹溝にシール部材（Ｏリング）９０が外嵌されている。従って、ガスセンサの取付け対象体の開口にガスセンサ２００を先端側から挿入して取り付けた際、シール部材９０が取付け対象体の壁面で潰され、取付け対象体とフランジ付ケーシング１５０（筒体１５３）との間をシールするようになっている。
【００２０】
基体部１０５は、本体部１０１、頸部１０２及びコネクタ部１０３を有し、これら本体部１０１、頸部１０２及びコネクタ部１０３は成形性のよい絶縁性の高分子材料（樹脂）、例えばナイロン（登録商標）により一体に形成されている。
本体部１０１は、セパレータアセンブリ１２０の周囲を覆うように略筒状に形成されている。又、本体部１０１から略矩形状の頸部１０２を介して径方向外側に、略矩形状のコネクタ部１０３が延びている。コネクタ部１０３は、径方向外側に向く開口部１０４を有する雄コネクタであって、開口部１０４にて外部装置の相手コネクタ（この例では、雌コネクタ）を径方向に差抜可能になっている。
本体部１０１及びコネクタ部１０３の内部には絶縁体１０７が収容されている。そして、組み付け時に絶縁体１０７を開口部１０４から径方向に沿って本体部１０１及びコネクタ部１０３に挿入すると、絶縁体１０７のセパレータ４０側の端部１０７ａが本体部１０１の内面１０１ａ（図３参照）に当接し、絶縁体１０７が位置決めされる。又、絶縁体１０７には複数本（この例では５本）のコネクタ端子６０が保持されている。コネクタ端子６０は軸線Ｏ方向に対して交差する方向（径方向）に延びてコネクタ部１０３の内外を挿通している。コネクタ端子６０については後述する。
【００２１】
外筒１１０は、セパレータアセンブリ１２０よりやや大径の前筒１１０ａと、前筒１１０ａの後端側に設けられ、前筒１１０ａよりも拡径する後筒１１０ｅとを有し、さらに、前筒１１０ａと後筒１１０ｅとを繋ぐように、径方向に平行に延びる段状の部分が、本体部１０１を載置するための受け部１１０ｂとなっている。そして、セパレータアセンブリ１２０の先端側が前筒１１０ａに収容されると共に、セパレータアセンブリ１２０の後端側が前筒１１０ａより後端に突出して後筒１１０ｅ内に収容されるようになっている（図６（ｄ）参照）。さらに、後筒１１０ｅとセパレータアセンブリ１２０の後端側との間の環状空間には、受け部１１０ｂに載置されるように、筒状の本体部１０１が嵌合され、本体部１０１がセパレータアセンブリ１２０の後端側（ひいては、ガスセンサ素子１０の後端部）を取り囲むようになっている（図７（ｅ）参照）。
【００２２】
セパレータアセンブリ１２０の後端には、セパレータ４０の後端向き面が表出し、セパレータ４０から後端側に接続端子（この例では５個）３０が突出している（詳細は後述）。
なお、後筒１１０ｅから径方向外側に断面コ字状の延長部１１０ｃが延び、延長部１１０ｃの周縁が開放端部となっていると共に延長部１１０ｃの後端側が開いている。従って、基体部１０５を後筒１１０ｅに収容した際、本体部１０１が後筒１１０ｅに収容され、延長部１１０ｃに頸部１０２が収容されつつ、延長部１１０ｃの径方向外側にコネクタ部１０３が表出するようになっている。又、本体部１０１の後端側は後筒１１０ｅよりも後端側にはみ出すようになっている。なお、延長部１１０ｃの径方向外側に延びる２つの側面（のうち内側の面）は、軸線Ｏ方向を中心とする周方向に対して交差する係止面１１０ｃｗをなしている。そして、基体部１０５を後筒１１０ｅに収容した際、頸部１０２が２つの係止面１１０ｃｗで取り囲まれ、基体部１０５の当該周方向に沿った回転を規制する。このように、外筒１１０に係止面１１０ｃｗを形成することで、別部材を設けずとも基体部１０５の回転を容易に抑制することができる。又、基体部１０５（頸部１０２）が金属製の係止面１１０ｃｗで覆われるので、基体部１０５へ伝わる熱が低減され、本体部(さらには、コネクタ部を含む基体部)の熱劣化をより一層抑制することができる。係止面１１０ｃｗは１つであってもよい。
又、前筒１１０ａの先端部は、主体金具５０の拡径部５７（図３参照）に外嵌されて両者が加締められるとともに溶接接合され、外筒１１０が主体金具５０に固定されている（詳細は後述）。
なお、後筒１１０ｅが特許請求の範囲の「包囲部」に相当する。
【００２３】
一方、後端側が閉じた有底円筒状の金属カバー１４０が、本体部１０１の後端側を径方向外側から覆っている。金属カバー１４０は後筒１１０ｅよりやや径大で、金属カバー１４０の先端部１４０ａは受け部１１０ｂよりも先端側へ延び、組み付け時に上記受け部１１０ｂを囲んでこれに当接するように径方向内側に折り曲げられて加締められる。このようにして、金属カバー１４０が外筒１１０に固定されると共に、後筒１１０ｅ及び本体部１０１が金属カバー１４０で覆われる。なお、図２に示すように、折り曲げる前の先端部１４０ａは、先端側に突出する山部と、後端側に凹む谷部とが交互に段状に形成され、山部が径方向に折り曲げられるようになっている(図３参照)。
【００２４】
金属カバー１４０の径方向外側に断面コ字状の延長部１４０ｃが延び、延長部１４０ｃの周縁が開放端部となっていると共に延長部１４０ｃの先端側が開いている。又、延長部１４０ｃは延長部１１０ｃよりも大きくなっている。従って、延長部１４０ｃの向きを延長部１１０ｃに合わせ、金属カバー１４０を後端側から延長部１１０ｃに被せると、延長部１４０ｃが延長部１１０ｃを囲むと共に、延長部１４０ｃの径方向外側にコネクタ部１０３が表出するようになっている。
なお、本体部１０１の後端面に形成された環状溝にシール部材（Ｏリング）９４が配置され、本体部１０１の後端向き面と金属カバー１４０の先端向き面との間を気密にシールしている。同様に、本体部１０１の先端面に形成された環状溝にシール部材（Ｏリング）９２が配置され(図３参照)、本体部１０１の先端向き面と受け部１１０ｂの先端向き面との間を気密にシールしている。なお、シール部材９２、９４は、弾性力によって本体部１０１を外筒１１０と金属カバー１４０との間で安定して保持させる機能をも有する。
【００２５】
次に、図３を用いて素子アセンブリ１３０及びセパレータアセンブリ１２０について説明する。素子アセンブリ１３０は、ガスセンサ素子１０と、主体金具５０とを有する。
ガスセンサ素子１０は公知であるような軸線Ｏ方向に延びる略角柱状をなし、酸素濃度の検出を行う検出素子と、その検出素子を早期活性化させるために加熱を行うヒータとが互いに貼り合わされた積層体である。検出素子はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。この検出素子は、より具体的には、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を外部に晒すと共に、他方の電極を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置すると共に、他方の電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルとを有してなり、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御することで、測定室内の酸素を汲み出したり、測定室内に外部から酸素を汲み入れたりする構成をなしている。
なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部１１をなす。一方、ガスセンサ素子１０の後端部１２には、検出素子からの出力を取り出すためや、ヒータに電力を供給するための５つの電極パッド１２ａ（図３ではそのうちの２つがガスセンサ素子１０の第２面１０ｂ側に配置され、第１面１０ａに残りの３つが配置される。）が形成されている。
【００２６】
そして、ガスセンサ素子１０の軸方向中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が、自身の内部にガスセンサ素子１０を挿通させ、検出部１１を筒底の開口２５から突出させた状態で配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内にガスセンサ素子１０を保持するための部材であり、筒底の先端側周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、自身をガスセンサ素子１０に挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、ガスセンサ素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。
【００２７】
金属カップ２０と一体となったガスセンサ素子１０は、その周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。この主体金具５０はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる。具体的には、主体金具５０の内周には段部５４が形成されており、この段部５４に、ガスセンサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端側周縁部２３が係止されている。更に、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身をガスセンサ素子１０に挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。
【００２８】
一方、主体金具５０の外周後端側には、縮径された後端部５９が形成され、後端部５９より先端には径方向外側に段状に拡径する拡径部５７が形成されている。さらに、拡径部５７よりも先端側には、径大の径大部５２、及び後述する外側プロテクタ１００及び内側プロテクタ１０２が係合される先端係合部５６が形成されている。他方、後端部５９の後端側には、主体金具５０内にガスセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３が形成されている。
主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。加締め部５３の形成によって、スリーブ２７を介して押圧された滑石リング２６は、主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびガスセンサ素子１０が主体金具５０内で位置決めされ、気密に保持される。
【００２９】
一方、ガスセンサ素子１０の検出部１１の外周面は、多孔質状の保護層１５により被覆され、検出部１１のうち外部に晒される電極を吸気等による被毒や被水から保護している。そして、主体金具の先端係合部５６には、外側プロテクタ１００及び内側プロテクタ１０２が嵌められ、レーザ溶接によって固定され、内部に収容された検出部１１を保護している。外側プロテクタ１００にはガス導入孔１１５が形成され（図１参照）ており内側プロテクタ１０２には、ガス導入孔１１７が形成されている。よって、ガス中に含まれる水分や油分がガスセンサ素子１０に付着することを抑制でき、ガスセンサ素子１０にクラックや割れが生じることを抑制できる。また、ガス中に含まれる煤においてもガスセンサ素子１０に付着することを抑制でき、ガスセンサ２００の検出精度が低下する事を抑制できる。
【００３０】
次に、セパレータアセンブリ１２０について説明する。セパレータアセンブリ１２０は、セパレータ４０、金属内筒１２１、保持部材１２３および接続端子３０を備え、主体金具５０の後端側に配置されている。セパレータアセンブリ１２０は、軸線Ｏ方向の略中央部分において、径方向外側から径方向内側に向けて加締められることにより金属内筒１２１と保持部材１２３とを一体的に固定する加締め部１２５を有する。
セパレータ４０は、絶縁性のセラミックス又は樹脂によって略円筒状に形成されており、径方向外側に突状に形成されている鍔部４１と、軸線Ｏ方向に貫通する挿通孔４２とを有する。個々の接続端子３０は挿通孔４２の所定位置にそれぞれ挿通され、接続端子３０が互いに接触せずに隔離した状態でセパレータ４０内に収容されている。そして、挿通孔４２内にガスセンサ素子１０の後端部１２が挿入され、各接続端子３０の先端部３３の弾性部３３ａ（図４参照）がガスセンサ素子１０の各電極パッド１２ａにそれぞれ電気的に接続されている。
なお、セパレータアセンブリ１２０の後端からセパレータ４０の後端部が表出し、セパレータ４０の後端向き面から後端側へ接続端子３０の第１接続部３１（この例では５個）が突出している。
【００３１】
金属内筒１２１の先端部１２１ａは、主体金具５０の後端部５９を覆った状態で後端部５９に加締められるとともに、溶接接合により固定されている。一方、金属内筒１２１の後端部１２１ｅは径方向内側に屈曲されて鍔部４１に係合している。また、金属内筒１２１の内側には、セパレータ４０及び保持部材１２３が配設され、保持部材１２３の後端向き面が鍔部４１に係合している。保持部材１２３は、金属製の筒状部材であり、屈曲状に形成されている後端部の弾性力によってセパレータ４０を径方向内側に付勢するとともに、鍔部４１を後端側に付勢する。又、保持部材１２３は、金属内筒１２１の外側から金属内筒１２１とともに径方向内側に向けて加締められて加締め部１２５が形成され、金属内筒１２１に固定される。
セパレータ４０は、主体金具５０及び金属内筒１２１に直接固定されておらず、金属内筒１２１と保持部材１２３によって金属内筒１２１内に保持固定されている。このように構成することにより、ガスセンサ２００に対する振動や衝撃によってセパレータ４０が振動したり、ずれたりすることによる接続端子３０とコネクタ端子６０との接触不良が抑制される。
【００３２】
次に、図４、図５を参照し、接続端子３０及びコネクタ端子６０について説明する。なお、図４の接続端子３０は、図２、図５に示す５つの接続端子３０のうち、中央に配置される接続端子３０を示す。
図４に示すように、接続端子３０は、軸線Ｏ方向に延びる第１接続部３１と、第１接続部３１の先端側にて径方向に延びる板状の中間部３２と、中間部３２より先端側で軸線Ｏ方向に延びる先端部３３とを有し、側面から見て略クランク状に形成されている。第１接続部３１は、中間部３２からＬ字状に折り曲げられて軸線Ｏ方向に立ち上がる主部３１ｂと、主部３１ｂの幅方向両端からそれぞれＬ字状に折り曲げられて径方向に延びる側部３１ｃと、側部３１ｃから主部３１ｂに沿うようにＬ字状に折り曲げられて互いに近接する対向部３１ｄとを有し、箱型のメス部３１ｇとなっている。さらに、主部３１ｂの後端から先端側に向かって屈曲する弾性部３１ａが形成されている。弾性部３１ａは箱状の第１接続部３１の内部に位置し、主部３１ｂに近づく方向に弾性的に撓むようになっている。又、先端部３３の先端から後端側に向かって屈曲する弾性部３３ａが形成され、この弾性部３３ａがガスセンサ素子１０の各電極パッド１２ａにそれぞれ押圧されて電気的に接続されている。
なお、図４の接続端子３０には、中間部３２を有していたが、図２、及び図５に示す５つの接続端子３０のうち、中央以外に配置される４つの接続端子３０には、中間部３２が形成されていない。なお、中間部３２については、第１接続部３１と先端部３３との相対位置にあわせて設置、非設置を適宜設定すればよい。
また、接続端子３０のうち、第１接続部３１の後端部がセパレータ４０の後端向き面よりも後端側に突出し、それ以外の部分はセパレータ４０の挿通孔の内部に保持されている。
【００３３】
一方、図５に示すように、コネクタ端子（この例では５本）６０はそれぞれ離間しつつ絶縁体１０７に保持されている。コネクタ端子６０は、径方向に延びて絶縁体１０７に埋設される板状の中間部６２と、中間部６２からセパレータ４０側に延びる端部であって、Ｌ字状に折り曲げられ、軸線Ｏ方向に延びる差し込み片６１ｇを有する第２接続部６１と、絶縁体１０７から径方向外側に突出する雄部６３とを有する。そして、雄部６３が絶縁体１０７から突出することで、雄型のコネクタが構成される。なお、図５においては省略しているが、図３に示すように、中間部６２はクランク状に屈曲して雄部６３へ繋がっていて、雄部６３は中間部６２と平行に延びつつ中間部６２よりも先端側（つまり、コネクタ部１０３の軸線Ｏ方向のほぼ中央）に位置している。
【００３４】
そして、詳しくは図６で説明するが、セパレータアセンブリ１２０を組み付けた後筒１１０ｅ内に、後端側から基体部１０５（の本体部１０１）を嵌合する（図６（ｄ）参照）。このとき、第２接続部６１の差し込み片６１ｇは本体部１０１の軸心の周囲にあって、セパレータ４０の後端側に突出した接続端子３０に対向する位置に配置される。
このため、基体部１０５を後筒１１０ｅ内に嵌合すると、第２接続部６１が第１接続部３１に軸線Ｏ方向から挿入（嵌合）され（差し込み片６１ｇがメス部３１ｇに嵌合され）、弾性部３１ａを押圧し、弾性部３１ａが径方向に撓む。その結果、第１接続部３１と第２接続部６１とが弾性的に接続される。
【００３５】
ガスセンサ素子１０はヒータによる加熱や排気ガス等に曝されて高温となり、その熱が主体金具に伝わるので主体金具も高温になる。これに対し、第１の実施形態では、基体部１０５を主体金具５０と離間して配置することで、主体金具５０の熱が本体部１０１（さらには、基体部１０５）に伝わることを抑制し、本体部１０１（さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５）の熱劣化を抑制することができる。その上、本体部１０１を覆うように、外筒１１０及び金属カバー１４０が設けられており、外筒１１０が主体金具５０に接合され、さらに、金属カバー１４０が外筒１１０に接合されている。このため、主体金具５０からの熱は外筒１１０を経由して金属カバー１４０に伝達し、外部に放熱されるので、金属カバー１４０内部の本体部１０１（さらには、基体部１０５）へ伝わる熱が低減され、本体部１０１(さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５)の熱劣化を抑制することができる。
【００３６】
また第１の実施形態では、本体部１０１を外筒１１０（の受け部１１０ｂ）と金属カバー１４０とで挟持するので、確実に高分子材料からなる本体部１０１を主体金具５０に直接接さずに離間させた状態でガスセンサ２００に保持することができ、本体部１０１(さらには、基体部１０５)の熱劣化を確実に抑制することができる。又、本体部１０１を先端側の受け部１１０ｂと後端側の金属カバー１４０とにより面で挟持するので、本体部１０１を強固に固定でき、ガスセンサ素子１０に接続する接続端子３０とコネクタ部１０３内に配置されるコネクタ端子６０とを確実に電気的に接続することができる。
さらに、第１の実施形態では、金属カバー１４０と本体部１１０との間にシール部材９４を介装しているため、シール部材９４を介して本体部１０１の後端向き面を金属カバー１４０で確実に押圧して、金属カバー１４０と外筒１１０（の受け部１１０ｂ）で本体部１０１を挟持することができる。
さらに、第１の実施形態では、金属カバー１４０の先端部１４０ａが径方向内側に加締められることで、外筒１１０の受け部１１０ｂに当接している。このため、本体部１０１を受け部１１０ｂ（外筒１１０）と金属カバー１４０とにより面で確実に挟持することが可能となる。これにより、確実に本体部１０１を主体金具５０に直接接さずに離間させた状態でガスセンサ２００に保持することができ、本体部１０１(さらには、基体部１０５)の熱劣化を確実に抑制することができる。その上、金属カバー１４０と外筒１１０との接合部は、主体金具５０に近い受け部１１０ｂとなるため、主体金具５０からの熱をより先端側で金属カバー１４０へ伝えることができ、基体部１０５の熱劣化をさらに抑制することができる。
【００３７】
次に、図６、図７を参照し、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ２００の製造方法の一例について説明する。
まず、素子アセンブリ１３０を公知の手法により作成する。又、上述のように、セパレータ４０の挿通孔４２に接続端子３０を挿通して保持し、このセパレータ４０と保持部材１２３とを金属内筒１２１内に収容する。そして、金属内筒１２１の軸線Ｏ方向の略中央部分において、径方向外側から加締め、金属内筒１２１内に保持部材１２３を固定すると共に、セパレータ４０を保持したセパレータアセンブリ１２０を作成する。
次に、図６（ａ）に示すように、素子アセンブリ１３０の後端に、セパレータアセンブリ１２０を先端部側から挿入し、セパレータ４０の挿通孔４２内にガスセンサ素子１０の後端部１２を挿入する。これにより、各接続端子３０の先端部（図示せず）がガスセンサ素子１０の各電極パッド１２ａにそれぞれ電気的に接続される。又、金属内筒１２１の先端部１２１ａが主体金具５０の後端部５９の外側に嵌合され、後端部５９と拡径部５７の間の段部に先端部１２１ａが当接して位置決めされる。そして、この状態で先端部１２１ａを径方向外側から加締めると共に溶接し、セパレータアセンブリ１２０を主体金具５０、すなわち素子アセンブリ１３０に固定する。
次に、図６（ｂ）に示すように、セパレータアセンブリ１２０に、外筒１１０を先端部側から挿入すると、セパレータアセンブリ１２０の先端側が前筒１１０ａに収容されると共に、前筒１１０ａの先端部が主体金具５０の拡径部５７の外側に嵌合され、拡径部５７と径大部５２との間の段部に前筒１１０ａの先端部が当接して位置決めされる。そして、この状態で前筒１１０ａの先端部を径方向外側から加締めると共に溶接し、外筒１１０を主体金具５０に固定する。
【００３８】
次に、図６（ｃ）に示すように、コネクタ端子６０を保持した絶縁体１０７を、開口部１０４から径方向に沿ってコネクタ部１０３に挿入すると、絶縁体１０７の端部１０７ａが本体部１０１の内面１０１ａに当接して絶縁体１０７が位置決めされる。このとき、絶縁体１０７の端部１０７ａ側に位置する第２接続部６１の差し込み片６１ｇが、本体部１０１の軸心の周囲に配設される。
そして、図６（ｄ）に示すように、外筒１１０（の後筒１１０ｅ）に、基体部１０５を先端部側から挿入すると、後筒１１０ｅの軸心にセパレータ４０が位置する。そして、シール部材９２を介して受け部１１０ｂに基体部１０５（本体部１０１）を載置する。これにより、このセパレータ４０の後端側に突出した各接続端子３０の第１接続部３１に、対応するコネクタ端子６０の第２接続部６１が嵌合され（差し込み片６１ｇがメス部３１ｇに嵌合され）、接続端子３０とコネクタ端子６０とを溶接せずに電気的に接続することができる。
【００３９】
次に、図７（ｅ）に示すように、外筒１１０（の後筒１１０ｅ）に、金属カバー１４０をその先端部側の開口部からシール部材９４を介して外嵌する。そして、図７（ｆ）に示すように、金属カバー１４０の先端部１４０ａの山部を、受け部１１０ｂを囲むように径方向内側に折り曲げて加締め、金属カバー１４０を外筒１１０に固定すると共に、本体部１０１を外筒１１０（の受け部１１０ｂ）と金属カバー１４０とで挟持する。このようにして、後筒１１０ｅ及び本体部１０１が金属カバー１４０で覆われる。
次に、図７（ｇ）に示すように、素子アセンブリ１３０に、フランジ付ケーシング１５０を後端側から外嵌すると、フランジ付ケーシング１５０の筒体１５３の先端に設けられて径方向内側に延びる平坦部１５３ａが、主体金具５０の径大部５２と先端係合部５６の間の段部に当接して位置決めされる。そして、この状態で筒体１５３を径大部５２付近で径方向外側から加締めて溶接し、フランジ付ケーシング１５０を主体金具５０、すなわち素子アセンブリ１３０に固定する。
さらに、図７（ｈ）に示すように、凹溝１５３ｂにシール部材（Ｏリング）９０を外嵌し、ガスセンサ２００が完成する。
【００４０】
なお、ガスセンサ２００の取付け対象体としては、種々の内燃機関が挙げられ、特に自動車等の車両の内燃機関の吸気系統が挙げられる。ここで、吸気系統とは、吸気取り入れ口から内燃機関の吸気ポートまでの間の吸気通路であり、例えば、吸気管、及び吸気管から分岐して内燃機関の吸気ポートに接続される吸気マニホールドが挙げられる。又、吸気は、新気（排気を含まない新鮮な空気）の他、排気の一部が吸気系統へ還流（再循環）されて新気と混合された混合ガスを含む。
又、上記実施形態のガスセンサ素子１０は、いわゆる全領域空燃比センサであるが、空燃比センサの他、酸素センサ（λセンサ）、ＮＯｘセンサを用いることができる。
なお、吸気側の特定ガス濃度を検出して内燃機関を制御した場合、排気側にガスセンサを設けて排気中の特定ガス濃度を検出する場合に比べ、内燃機関を精度よく制御できる。これは、排気中の特定ガス濃度に応じた制御がフィードバック制御であるのに対し、吸気側の特定ガス濃度に応じた制御は、燃焼前に対応ができるからである。
【００４１】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ２１０の構成について説明する。ガスセンサ２１０は、第１の実施形態における金属カバー１４０を金属カバー２４０に変え、さらに、外筒１１０への金属カバー２４０の接合形態を変えたこと以外は、第１の実施形態と同一であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図８は、ガスセンサ２１０の構成を示す断面図であり、第１の実施形態の図３に対応した図である。この図において、金属カバー２４０の側部２４０ｓが後筒１１０ｅを覆っている。なお、金属カバー２４０は、第１の実施形態の金属カバー１４０のように、受け部１１０ｂよりも先端側に延びて径方向内側に折り曲げられる先端部１４０ａを有していない。第２実施形態の金属カバー２４０は、側部２４０ｓが後筒１１０ｅとともに位置Ｓにて径方向内側に加締められている。
この第２の実施形態においても、基体部１０５を主体金具５０と離間して配置することで、主体金具５０の熱が本体部１０１（さらには、基体部１０５）に伝わることを抑制し、本体部１０１（さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５）の熱劣化を抑制することができる。その上、本体部１０１を覆うように、外筒１１０及び金属カバー１４０が設けられており、外筒１１０が主体金具５０に接合され、さらに、金属カバー１４０が外筒１１０に接合されている。このため、主体金具５０からの熱は外筒１１０を経由して金属カバー１４０に伝達し、外部に放熱されるので、金属カバー１４０内部の本体部１０１（さらには、基体部１０５）へ伝わる熱が低減され、本体部１０１(さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５)の熱劣化を抑制することができる。
さらに、第２の実施形態では、金属カバー２４０が、外筒１１０の後筒１１０ｅとともに加締められている。これにより、本体部１０１を先端側の受け部１１０ｂと後端側の金属カバー２４０とにより面で確実に挟持することが可能となる。これにより、確実に本体部１０１を主体金具５０に直接接さずに離間させた状態でガスセンサ２１０に保持することができ、本体部１０１(さらには、基体部１０５)の熱劣化を確実に抑制することができる。その上、このガスセンサ２１０であれば、側方から容易に加締めることができ、生産性が向上する。
なお、位置Ｓにて加締める代わりに、側部２４０ｓと後筒１１０ｅとを溶接して接合してもよい。
【００４２】
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ２２０の構成について説明する。ガスセンサ２２０は、第１の実施形態における金属カバー１４０及び外筒１１０に対して金属カバー１４５及び外筒１１５の構成が異なること、並びに外筒１１５への金属カバー１４５の接合形態を変えたこと以外は、第１の実施形態と同一であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図９は、ガスセンサ２２０の構成を示す断面図であり、第１の実施形態の図３に対応した図である。この図において、金属カバー１４５の側部１４５ｓは、外筒１１５の後筒１１５ｅの径方向内側に位置しており、本体部１０１を径方向外側から覆っている。なお、金属カバー１４５は、第１の実施形態の金属カバー１４０のように、受け部１１０ｂよりも先端側に延びて径方向内側に折り曲げられる先端部１４０ａを有していない。
一方、外筒１１５の後筒１１５ｅは、側部１４５ｓを径方向外側から覆うと共に、後筒１１５ｅの後端側に接続する後端部１１５ｔが金属カバー１４５よりも後端側へ延び、金属カバー１４５の蓋部１４５ｔを囲んでこれに当接するように径方向内側に折り曲げられて加締められている。
そして、第３の実施形態においても、基体部１０５を主体金具５０と離間して配置することで、主体金具５０の熱が本体部１０１（さらには、基体部１０５）に伝わることを抑制し、本体部１０１（さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５）の熱劣化を抑制することができる。その上、本体部１０１を覆うように、外筒１１５及び金属カバー１４５が設けられており、外筒１１５が主体金具５０に接合され、さらに、金属カバー１４５が外筒１１５に接合されている。このため、主体金具５０からの熱は外筒１１５を経由して金属カバー１４５に伝達し、外部に放熱されるので、金属カバー１４５内部の本体部１０１（さらには、基体部１０５）へ伝わる熱が低減され、本体部１０１(さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５)の熱劣化を抑制することができる。
なお、第３の実施形態において、後端部１１５ｔを設けずに、第２の実施形態と同様に側部１４５ｓと後筒１１５ｅとを径方向内側に加締めてもよく、側部１４５ｓと後筒１１５ｅとを溶接して接合してもよい。
【００４３】
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ２３０の構成について説明する。ガスセンサ２３０は、基体部１０５を外筒１１０へインサート成形により接合したこと以外は、第１の実施形態と同一であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１０は、ガスセンサ２３０の構成を示す断面図であり、第１の実施形態の図３に対応した図である。この図において、基体部１０５のうち、本体部１０１及び頸部１０２の一部が外筒１１０の受け部１１０ｂと後筒１１０ｅとの内面にインサート成形されている。そして、このインサート成形に伴い、第１の実施形態のシール部材９２は不要となっている。そして、第１の実施形態と同様、金属カバー１４０の先端部１４０ａが受け部１１０ｂを囲んで径方向内側に折り曲げられて加締められている。
そして、第４の実施形態においても、基体部１０５を主体金具５０と離間して配置することで、主体金具５０の熱が本体部１０１（さらには、基体部１０５）に伝わることを抑制し、本体部１０１（さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５）の熱劣化を抑制することができる。その上、本体部１０１を覆うように、外筒１１０及び金属カバー１４０が設けられており、外筒１１０が主体金具５０に接合され、さらに、金属カバー１４０が外筒１１０に接合されている。このため、主体金具５０からの熱は外筒１１０を経由して金属カバー１４０に伝達し、外部に放熱されるので、金属カバー１４０内部の本体部１０１（さらには、基体部１０５）へ伝わる熱が低減され、本体部１０１(さらには、コネクタ部１０３を含む基体部１０５)の熱劣化を抑制することができる。
又、第４の実施形態においては、基体部１０５が外筒１１０にインサート成形されているので、センサが被水した際に、水が金属カバー１４０と本体部１０１との隙間を通過してガスセンサ２３０内部に進入することを防止でき、ガスセンサ２３０の水密性が向上すると共に、部品点数を低減して生産性を向上させることができる。また、本体部１０１を受け部１１０ｂと金属カバー１４０とにより面で強固に挟持することが可能となる。なお、本発明においては、アウトサート成形とインサート成形とを特に区別せずに表記する。
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
２００〜２３０            ガスセンサ
１０                      ガスセンサ素子
１１                      検出部
５０                      主体金具
９２、９４                シール部材
１０１                    本体部
１０３                    コネクタ部
１０５                    基体部
１１０、１１５            外筒
１１０ｂ、１１５ｂ        受け部
１１０ｅ、１１５ｅ        包囲部
１１０ｃｗ                係止面
１４０、１４５、２４０    金属カバー
１４０ａ                  金属カバーの先端
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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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