(57)【要約】【課題】ガスセンサで、その金具本体にカシメによって固定される素子保護キャップの固定力の低下を防止する。【解決手段】  金具本体２は、先端寄り部位の内側に、環状をなす先端向き端面１０ａを備えており、その外周に、薄肉のカシメ用筒部１１を備えている。素子保護キャップ１２は開口端外周に、突出部１２ｄを備えている。この突出部１２ｄを、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとする。この突出部１２ｄを、先端向き端面１０ａに当接、配置し、金属製リングパッキング１４を突出部１２ｄの先端向き面１２ｈに配置し、カシメ用筒部１１を、同パッキング１４を覆うように内側に折り曲げかつ先端向き端面１０ａに向けて圧縮変形させ、同パッキング１４を突出部１２ｄの凹凸に食い込み変形させる。これによるキャップ１２の金具本体２への固定では、食い込み変形があるため固定力が高まる。【選択図】      図１
2006098138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に検出部を有する検出素子を、筒状をなす金具本体内に、その検出部を金具本体の先端から突出させて固定するとともに、その検出素子のうちの金具本体の先端から突出している部位を覆うように、適所に通気用貫通孔を有する素子保護キャップをその金具本体に固定してなるガスセンサであって、
金具本体は、その先端寄り部位に、検出素子を包囲する形で環状をなす先端向き端面を備えると共にその先端向き端面の外周において先端側に延びるカシメ用筒部を備えており、
素子保護キャップは自身の後端側である開口端の外周に、外方に突出し、かつ素子保護キャップを前記金具本体に挿入したときに前記カシメ用筒部内に収まるように形成された突出部を備えており、
素子保護キャップはその突出部を、前記カシメ用筒部内に配置するとともに、金属製リングパッキングを前記突出部の先端向き面に当接するように配置し、
前記カシメ用筒部を、前記金属製リングパッキングを覆うように内側に折り曲げかつ前記先端向き端面に向けて圧縮変形させることで、前記金属製リングパッキングを介して前記素子保護キャップの突出部を前記先端向き端面に向けて押え付けることで該素子保護キャップを前記金具本体に固定してなる構造のガスセンサにおいて、
前記金属製リングパッキングが当接する前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１において、前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしたことに代えて、
前記素子保護キャップの突出部を、環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける先端向き面を周方向に沿って凹凸のあるものとし、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスセンサにおいて、前記素子保護キャップを、複数重ねられた多層構造のものとし、前記金属製リングパッキングを、最外側に位置する素子保護キャップの突出部の先端向き面に当接するように配置し、
最外側に位置する素子保護キャップの突出部に前記凹凸を形成しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、最外側に位置する素子保護キャップの突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
先端側に検出部を有する検出素子を、筒状をなす金具本体内に、その検出部を金具本体の先端から突出させて固定するとともに、その検出素子のうちの金具本体の先端から突出している部位を覆うように、適所に通気用貫通孔を有する素子保護キャップをその金具本体に固定してなるガスセンサであって、
金具本体は、その先端寄り部位に、検出素子を包囲する形で環状をなす先端向き端面を備えると共にその先端向き端面の外周において先端側に延びるカシメ用筒部を備えており、
素子保護キャップは自身の後端側である開口端の外周に、外方に突出し、かつ素子保護キャップを前記金具本体に挿入したときに前記カシメ用筒部内に収まるように形成された突出部を備えており、
素子保護キャップはその突出部を、前記カシメ用筒部内に配置し、
前記カシメ用筒部を、前記突出部を覆うように内側に折り曲げかつ前記先端向き端面に向けて圧縮変形させることで、前記素子保護キャップの突出部を前記先端向き端面に向けて押え付けることで該素子保護キャップを前記金具本体に固定してなる構造のガスセンサにおいて、
前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしておくと共に、金属製リングパッキングを、前記カシメ用筒部内の先端向き端面と、該素子保護キャップの前記突出部の後端向き面との間に配置しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、前記突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項４において、前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしたことに代えて、
前記素子保護キャップの突出部を、環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける後端向き面を周方向に沿って凹凸のあるものとし、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のガスセンサにおいて、前記素子保護キャップを、複数重ねられた多層構造のものとし、
最内側に位置する素子保護キャップの突出部に前記凹凸を形成しておくと共に、前記金属製リングパッキングを、前記カシメ用筒部内の先端向き端面と、最内側に位置する素子保護キャップの前記突出部の後端向き面との間に配置しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、最内側に位置する素子保護キャップの突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度、空燃比状態、ＮＯｘ濃度等を測定するためのガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスなど被測定ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサとしては、ジルコニア等の固体電解質からなる検出素子を用いたものがある。この検出素子には、先端が閉塞された有底筒状（コップ形状又は試験管形状）のものや、シートを積層してなる棒状（板状）のものなどがあるが、いずれの検出素子（以下、単に素子ともいう）も、先端に被測定ガスと接触する検出部を備えており、この検出部を被測定ガスに晒すことによって機能するように形成されている。例えば、有底筒状の酸素イオン導電体からなる検出素子を備えた酸素センサでは、その検出素子を、筒状の金具本体内に、同本体の先端から同素子の先端側を突出させた状態で位置決め、固定している。そして、その金具本体（以下、単に本体ともいう）を、例えばその外周面に形成された雄ネジによって内燃機関の排気管にねじ込むことで取着し、排気管中に検出素子の先端を突出させて使用される。しかして、その検出素子の外周面（外側面）に形成された電極層（測定電極層）を排気ガスに接触させ、内周面（内側面）に形成された電極層（基準電極層）を基準酸素ガス（大気）に接触させ、素子の内、外周面の酸素濃度差に対応して両電極間に起電力（電位差）を生じさせ、この起電力に基づく信号を制御回路に出力し、酸素濃度を検知し、空燃比を制御するようにされている。
【０００３】
このようなガスセンサでは、その素子の先端側が排気ガス管内に突出状にして取り付けられる。このとき、排気ガス管にその素子の先端側が接触し、素子にクラック等が発生するおそれがある。また、その先端は、高温の排気ガスや熱サイクル等の過酷な雰囲気、状況下に晒されるため、固体電解質からなる検出素子やその表面に形成された電極層を保護する必要がある。そこで、同素子の先端側には、通常、適数の通気用貫通孔（通気孔）が設けられた金属製の素子保護キャップ（保護管、プロテクタ、或いは素子カバーともいわれる）が取り付けられる。これにより、排気ガスはその通気用貫通孔を通過して素子の外周面の測定電極層に接触するようにされている。
【０００４】
このような素子保護キャップ（以下、単にキャップともいう）は、金具本体の先端から突出している素子の先端側を覆うように、カップ形状などに形成されている。そして、このような素子保護キャップの金具本体に対する固定手段の代表的なものとしては、同キャップを本体の先端に嵌めてからレーザ溶接や抵抗溶接する溶接構造と、いわゆるカシメによる固定がある（特許文献１）。カシメによる固定は次のようにしてなされる。まず、素子保護キャップの後端側である開口端の外周に、外方（外向き）に突出するフランジなどの突出部を設けておく。一方、金具本体の先端寄り部位に先端向き端面を設けると共にその外周に、素子保護キャップを金具本体に挿入したときにそのフランジを含む端部位が包囲可能なカシメ用筒部を設けておく。そして、同端部位をこの筒部内に配置し、その筒部を内側に折り曲げると共に軸方向に圧縮変形する。筒部の圧縮変形すなわち、このようなカシメをすることにより、そのフランジを金具本体の先端向き端面側に強く押付けることで、素子保護キャップを金具本体に固定するのである。また、このようなカシメによる固定構造においては、固定力を高めるため、金属製リング（パッキング）を介在させる技術も知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特公平５−１５２２１号公報
【特許文献２】実開昭６２−１８６０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１に記載の素子保護キャップ（保護管）の固定構造では、高温の排気ガスや熱サイクル等によって、圧縮変形されたカシメ部である折返し縁に弛緩が生じ、素子保護キャップの固定が不完全になり、それにガタツキや動きが発生することがある、といった問題があった。特に、このものでは、素子保護キャップが本体の雄ネジの軸線回りに回る緩みが発生しやすく、固定力の信頼性に問題があった。このようなカシメによる固定構造に弛緩が発生する原因は、熱サイクルの他、カシメ時に各部品に発生する残留応力の存在、或いは、圧縮変形部位のバックリングなどが考えられる。
【０００６】
また、特許文献２に記載の素子保護キャップ（プロテクタ）の固定構造では、金属製リングパッキングが介在されているため、その分、固定力の増大が図られるが、それでもカシメ部に弛緩が発生する危険性があった。
【０００７】
本発明は、こうした従来のガスセンサにおける問題点に鑑みてなされたもので、素子保護キャップを本体にそのカシメ用筒部を圧縮変形するカシメによって固定する構造において、そのカシメ部の弛緩発生を有効に防止できる、固定力の高い固定構造を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、先端側に検出部を有する検出素子を、筒状をなす金具本体内に、その検出部を金具本体の先端から突出させて固定するとともに、その検出素子のうちの金具本体の先端から突出している部位を覆うように、適所に通気用貫通孔を有する素子保護キャップをその金具本体に固定してなるガスセンサであって、
金具本体は、その先端寄り部位に、検出素子を包囲する形で環状をなす先端向き端面を備えると共にその先端向き端面の外周において先端側に延びるカシメ用筒部を備えており、
素子保護キャップは自身の後端側である開口端の外周に、外方に突出し、かつ素子保護キャップを前記金具本体に挿入したときに前記カシメ用筒部内に収まるように形成された突出部を備えており、
素子保護キャップはその突出部を、前記カシメ用筒部内に配置するとともに、金属製リングパッキングを前記突出部の先端向き面に当接するように配置し、
前記カシメ用筒部を、前記金属製リングパッキングを覆うように内側に折り曲げかつ前記先端向き端面に向けて圧縮変形させることで、前記金属製リングパッキングを介して前記素子保護キャップの突出部を前記先端向き端面に向けて押え付けることで該素子保護キャップを前記金具本体に固定してなる構造のガスセンサにおいて、
前記金属製リングパッキングが当接する前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明において、素子保護キャップの後端側の開口端における突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものの代表例としては、突出部が存在する部位と存在しない部位とからなる外歯形状のものが挙げられる。また、外歯形状のものとする場合においても、突出部を、環状のフランジとして形成した上で、そのフランジの外周に沿って外歯（凸部）を設けるようにしてもよい。さらに、外歯形状としては、素子保護キャップの開口端（基端）の外周の全体に歯を設けたものの他に、１又は複数の歯（凸部）を設けた欠き歯形状のものとしてもよい。そして、複数の歯（凸部）を設ける場合には、周方向に等角度間隔に限られず、不等角度間隔で設けてもよい。なお、本発明における上記金属製リングパッキングは、無端のリングに限られず、例えば１本の線をリング状に丸めた有端のリングであってもよい。さらに、この金属製リングパッキングは、金具本体又は素子保護キャップをなす素材より低硬度の金属で形成するのが好ましい。
【００１０】
このような請求項１に記載の本発明では、金属製リングパッキングが素子保護キャップの突出部における凹凸に相対的に食い込む形で変形しているから、このような変形が得られない従来のカシメによる固定構造に比べると、その変形がある分、素子保護キャップは金具本体により強固に固定される。また、その凹凸があることから、本体の先端向き端面とキャップの突出部との圧接部、そして、金属製リングパッキングと圧縮変形されたカシメ用筒部との圧接部の２つの圧接部とも、周方向においては、凸部のある部位では相対的に高い面圧で圧接されれた状態にある。このように、相対的に面圧が高い部位が得られるため、キャップの固定力を高めることができる。本発明によれば、高い固定力で素子保護キャップを固定できるため、それにガタツキや動きを起き難くすることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしたことに代えて、
前記素子保護キャップの突出部を、環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける先端向き面を周方向に沿って凹凸のあるものとし、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサである。
【００１２】
請求項１に記載の発明において、前記素子保護キャップの突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングが食い込んで変形する量は、その突出部のうち、金属製リングパッキングが接している側の面（先端向き面）から、その凹凸をなす凸部相互の間の凹部内に対してである。ただし、金属製リングパッキングが食い込んで変形する量は、突出部の厚みの全部、すなわち、突出部がフランジ状のものであればそのフランジの厚みの全部にわたって食い込んで変形していなくともよい。したがって、請求項２に記載の構成としておいても、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。なお、請求項２に記載のように、フランジにおける先端向き面が周方向に沿って凹凸のある形状としては、その先端向き面を周方向に沿って間隔をおいて、隆起させるか、沈降させた形状が例示される。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のガスセンサにおいて、前記素子保護キャップを、複数重ねられた多層構造のものとし、前記金属製リングパッキングを、最外側に位置する素子保護キャップの突出部の先端向き面に当接するように配置し、
最外側に位置する素子保護キャップの突出部に前記凹凸を形成しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、最外側に位置する素子保護キャップの突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサである。
【００１４】
ガスセンサの中には、素子保護キャップが、１つからなるもの（１層のもの）のほかに、複数（通常は２つ）重ねられた構造（多層構造）のものとして、金具本体に固定されたものがある。このような多層構造のものでは、各素子保護キャップにおける通気用貫通孔が重ならないようにしておくことで、被測定ガスや水等が素子の表面に直接衝突しないようにすることができる。そして、このような素子保護キャップが多層構造のものとして金具本体に固定される場合でも、最外側に位置する素子保護キャップの突出部に凹凸を設けることで、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。すなわち、金属製リングパッキンが素子保護キャップの開口部外周の突出部に設けられた凹凸に相対的に食い込む形で変形することから、素子保護キャップは金具本体に強固に固定される。
【００１５】
請求項４記載の発明は、先端側に検出部を有する検出素子を、筒状をなす金具本体内に、その検出部を金具本体の先端から突出させて固定するとともに、その検出素子のうちの金具本体の先端から突出している部位を覆うように、適所に通気用貫通孔を有する素子保護キャップをその金具本体に固定してなるガスセンサであって、
金具本体は、その先端寄り部位に、検出素子を包囲する形で環状をなす先端向き端面を備えると共にその先端向き端面の外周において先端側に延びるカシメ用筒部を備えており、
素子保護キャップは自身の後端側である開口端の外周に、外方に突出し、かつ素子保護キャップを前記金具本体に挿入したときに前記カシメ用筒部内に収まるように形成された突出部を備えており、
素子保護キャップはその突出部を、前記カシメ用筒部内に配置し、
前記カシメ用筒部を、前記突出部を覆うように内側に折り曲げかつ前記先端向き端面に向けて圧縮変形させることで、前記素子保護キャップの突出部を前記先端向き端面に向けて押え付けることで該素子保護キャップを前記金具本体に固定してなる構造のガスセンサにおいて、
前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしておくと共に、金属製リングパッキングを、前記カシメ用筒部内の先端向き端面と、該素子保護キャップの前記突出部の後端向き面との間に配置しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、前記突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の発明に対し、金属製リングパッキングを、本体の先端向き端面とキャップの突出部との間に配置した点が相違するのみであり、いわば請求項１に記載の発明の変形とでも言うべきものである。このようにしても、基本的には、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。すなわち、本発明においても、金属製リングパッキングが素子保護キャップの突出部における凹凸に相対的に食い込む形で変形しているから、このような変形のない従来のカシメによる固定構造に比べると、その変形がある分、素子保護キャップは金具本体により強固に固定される。そして、本体の先端向き端面と金属製リングパッキングとの圧接部、そして、金属製リングパッキングと圧縮変形されたカシメ用筒部との圧接部の、２つの圧接部とも、周方向においては、前記凹凸のうちの凸部のある部位では相対的に面圧が高くなるため、キャップの固定力を高めることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記素子保護キャップの突出部を、外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしたことに代えて、
前記素子保護キャップの突出部を、環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける後端向き面を周方向に沿って凹凸のあるものとし、その凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサである。
【００１８】
これは、請求項２に記載の構成に対応するものである。このような、請求項５に記載の構成としておいても、請求項４に記載の発明と同様の効果が得られることは、上記したことからも明らかである。
【００１９】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のガスセンサにおいて、前記素子保護キャップを、複数重ねられた多層構造のものとし、
最内側に位置する素子保護キャップの突出部に前記凹凸を形成しておくと共に、前記金属製リングパッキングを、前記カシメ用筒部内の先端向き端面と、最内側に位置する素子保護キャップの前記突出部の後端向き面との間に配置しておき、前記カシメ用筒部を圧縮変形させた際に、最内側に位置する素子保護キャップの突出部の凹凸に前記金属製リングパッキングを相対的に食い込ませるように変形させたことを特徴とするガスセンサである。このように、素子保護キャップが多層構造のものとして金具本体に固定される場合でも、最内側に位置する素子保護キャップの突出部に凹凸を設けることで、請求項４に記載の発明と同様の効果が得られる。すなわち、金属製リングパッキンが素子保護キャップの開口部外周の突出部に設けられた凹凸に相対的に食い込む形で変形することから、素子保護キャップは金具本体に強固に固定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るガスセンサを具体化した実施の形態例について、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。図中、１は本例のセンサであって、このものは、軸線Ｇ方向の中間部が大径で同軸段付状に形成された筒状をなす金具本体２、その本体２内側に、配置、固定された有底筒状の検出素子１５、後方（図示上方）の円筒状をなす内部保護用のスリーブ２５内に配置された出力用の端子部材３１、そして、検出素子１５のうち、金具本体２の先端から突出しているその先端１５ａ側（図示下端側）の検出部を覆っている素子保護キャップ１２等からなり、次のように構成されている。
【００２１】
金具本体２は、例えば、ＳＵＳ４３０からなり、先端側（図下端側）の内面が小さい円断面に形成された小径空孔３を備えており、その小径空孔３の図示上端部には上向き拡径状のテーパーをなす内周段部４が周設され、さらに内周段部４より後方（図上方）には円断面でストレートの円筒内周面５が形成されている。そして、円筒内周面５の後方には、上向きに拡径状のテーパ面６を介して、内周面８が円筒内周面５より拡径されてなる円筒部７を備えている。そして、この円筒部７における後端寄り部位は薄肉部７ｂとされ、センサ１の軸線Ｇと同軸の円筒状態から、図示しないダイスで先端側に押されて、内側に押し曲げられると同時に先端側に圧縮変形されている。ただし、この円筒部７の内側には、スリーブ２５の先端部に形成されたフランジ２８を配置し、そのフランジ２８の後端向き面に、金属線製のＯリングパッキング３０を介在させ、円筒部７の薄肉部７ｂを圧縮変形した際に、そのフランジ２８を先端側に押し、フランジ２８より先端側に配置されたシール材（例えば滑石粉末）２１を圧縮している。このように圧縮することで金具本体２の内側に内挿された検出素子１５のシール性を確保して固定している。なお、検出素子１５は、長手（軸線Ｇ）方向の中間寄り部位に、外周面に沿って大径の外周凸部（フランジ）１６を備えており、この外周凸部１６を、金具本体２内の内周段部４に、板パッキング１３を介して支持させる一方、この外周凸部１６の基端（後端）側には金属（Ｎｉ）線製のリングパッキング１８が配置されている。シール材２１は、このパッキング１８の図示上の環状空間に充填されて圧縮されている。なお、スリーブ２５内には、円筒状に曲げ形成された端子部材３１が挿入され、先端寄り部位の小径部（内部接続端子）３２を素子１５の内面の図示しない基準電極層に圧接されている。
【００２２】
一方、金具本体２における円筒内周面５に対応する外側には、排気管Ｈへの取付け用（ねじ込み用）の六角部９を膨拡状に備えている。そして、六角部９の下部である小径空孔３の外周には排気管（ネジ孔）Ｈへの取付け用の雄ねじ１０を備えている。図中Ｗは、ねじ込み時のシール用ワッシャである。そして、この雄ねじ１０の先端寄り部位内側であって、小径空孔３の先端には、雄ねじ１０と同心（同軸）で環状をなし、軸線Ｇに垂直な面をなす先端向き端面１０ａを備えている。そして、その先端向き端面１０ａの外側には、外径が雄ネジ１０の谷径より若干小径で、薄肉の円筒部からなるカシメ用筒部（円筒部）１１を先端向き端面１０ａ及び雄ネジ１０と同心状に備えている。このカシメ用筒部１１は、その内側に、素子保護キャップ１２を配置し、金属製リングパッキング１４を介して固定している。この固定は、このカシメ用筒部１１のうち、先端寄り部位を内側（軸線Ｇ側）に折り曲げるとともに、後端側（図１上方）に向けて圧縮変形するカシメによっているが、この圧縮変形前においては、図１の拡大図中に２点差線で示したように、軸線Ｇと同軸の円筒状をなしている。ただし、カシメ用筒部１１の先端寄り部位の外周面は先細りテーパーをなしている。
【００２３】
素子保護キャップ１２及びその固定についてさらに詳述する。すなわち、本形態における素子保護キャップ１２は、図２に示したように、有底コップ形状をなしている。この素子保護キャップ１２は、それ自身の側部である筒状部（円筒状部）１２ｂの適所には複数、そして底部１２ｔの中央には１つの通気用貫通孔１２ｃを備えており、筒状部１２ｂの開口端（図示上端）の外周には外向きに突出する環状の突出部１２ｄを備えている（図３参照）。ただし、本形態ではこの突出部１２ｄは、外周方向に沿って外向きに凹凸に形成されており、凹部１２ｅと凸部１２ｆとからなる外歯状を呈している（図２，３参照）。また筒状部１２ｂの開口端の内径は、小径空孔３の内径と略同一とされ、突出部１２ｄのある部位の最大外径は、カシメ用筒部１１の内径より若干小さくされている。これにより、この突出部１２ｄを含む素子保護キャップ１２の開口端の部位はカシメ用筒部１１内に収まり、そして、環状をなす先端向き端面１０ａに当接するように形成されている。なお、このような素子保護キャップ１２は、本形態ではＳＵＳ３１０Ｓ製の板をプレス成形したものである。
【００２４】
しかして、このような素子保護キャップ１２は、この検出素子１５のうちの金具本体２の先端から突出している部位を覆うように、その開口端をカシメ用筒部１１内に配置され、次のようにして、金具本体２に固定される（図４，５参照）。すなわち、まず、素子保護キャップ１２の開口端側の外周の突出部１２ｄの後端向き面１２ｇをカシメ用筒部１１内の環状の先端向き端面１０ａに当接するように配置する（図４−Ａ，図５−Ａ参照）。このとき、本形態では、金属製リングパッキング１４を素子保護キャップ１２の筒状部１２ｂに外嵌し、突出部１２ｄの先端向き面１２ｈに当接するように配置する（図４−Ａ，図５−Ａ参照）。この金属製リングパッキング１４には、本形態ではニッケル製の円断面の線材を円リング状に曲げ形成した有端リングを使用している。本形態では、この状態において、カシメ用筒部１１を、図４−Ｂ、図５−Ｂに示したように、内側に折り曲げかつ環状の先端向き端面１０ａに向けて圧縮変形するカシメを行う。このカシメ用筒部１１の圧縮変形（カシメ）は、図５−Ａ、Ｂに示したように、変形前のカシメ用筒部１１の先端寄り部位をセンサ１の軸線Ｇと同軸の円筒状態から、図示のような断面を有するダイスＤを力Ｐで後端側にプレスする。こうすることで内側（軸線Ｇ側）に折り曲げると同時に圧縮変形するカシメが行われ、変形されたカシメ用筒部１１と環状の先端向き端面１０ａとの間で、突出部１２ｄと金属製リングパッキング１４が押し潰されるように変形し、素子保護キャップ１２が金具本体２に固定される。
【００２５】
このような固定においては、素子保護キャップ１２の突出部１２ｄが外歯状をなし、その外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとされている（図３参照）。このため、その圧縮変形においては、金属製リングパッキング１４はその凹凸に相対的に食い込む形（なじむ形）で変形する（図５−Ｂ、図６参照）。すなわち、金属製リングパッキング１４は歯（凸部１２ｆ）と歯（凸部１２ｆ）の間の凹部１２ｅに入り込むように変形している。図６は、図５−ＢにおけるＴ−Ｔ線断面の部分展開図である。本形態ではこのような食い込み変形がある分、素子保護キャップ１２の金具本体２に対する固定力が高められるため、素子保護キャップ１２は金具本体２に強固に固定される。そして、このような固定においては、本体２の先端向き端面１０ａとキャップ１２の突出部１２ｄの後端向き面１２ｇとの圧接部、そして、金属製リングパッキング１４と圧縮変形されたカシメ用筒部１１との圧接部の２つの圧接部とも、周方向においては、凸部１２ｆのある部位では相対的に面圧が高くなる。本形態では、このような凸部１２ｆでの面圧の上昇とあいまって、固定力が高められるものと考えられる。かくして、このような素子保護キャップ１２の金具本体２に対する固定構造を有するセンサ１は、これがその本体２の雄ネジ１０を介してエンジンの排気管Ｈにねじ込まれて取り付けられ、使用に供された際には、素子保護キャップ１２に緩みやガタツキ、さらには軸線Ｇの回りの回転を起き難くすることができる。
【００２６】
上記したセンサ１を用いその本体２を固定し、本体２に固定された素子保護キャップ１２に軸線Ｇ回りに回転力を付与し、回転が始まるトルクを測定し、突出部１２ｄに凹凸がない（凹部のない）点のみ相違するキャップを固定してなる従来品とそのトルクを比較した。結果は、本形態のものでは、従来品に比べて、２００〜２５０％の範囲で大きなトルクを要した。このことは、とりもなおさず、本発明の効果を実証するものである。
【００２７】
なお、上記の形態では、素子保護キャップ１２は、軸線Ｇ方向から見て、突出部１２を一定角度間隔で凸部１２ｆのある外歯形状のものとしたが、この凸部１２ｆは不等角度間隔で設けてもよい。また凸部１２ｆは、図示のような四角のものでなくともよい。図７に示した素子保護キャップ１２のように、凸部１２ｆに対して、凹部１２ｅを円弧形状のものとしてもよいし、これと逆に凸部を円弧形状のものとしてもよい。
【００２８】
さて、次に請求項２に記載の発明の実施の形態について、図８〜１０に基づいて説明する。ただし、このものは、上記の形態のものにおいて、素子保護キャップ１２の突出部１２ｄを、その外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしたことに代えて、その突出部１２ｄを、外向きに突出する環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける先端向き面（図８の下面）を周方向に沿って凹凸（凹部１２ｅと凸部１２ｆ）のあるものとしている。そして、図１０に示したように、金属製リングパッキング１４をその凹凸に相対的に食い込ませるように変形させた点が相違するだけである。このため、相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。以下の実施の形態又は実施例においても同様とする。
【００２９】
すなわち、本形態では、素子保護キャップ１２の突出部１２ｄを環状をなすフランジとするとともに、その突出部１２ｄにおける先端向き面１２ｈに、周方向に所定のピッチで所定の深さ（例えば、素子保護キャップをなす板厚の半分）ｈの凹部１２ｅを設けることで、周方向に沿って凹凸（凹部１２ｅと凸部１２ｆ）を設けたものである。しかして、本形態でも、金属製リングパッキング１４は、その凹凸（凹部１２ｅと凸部１２ｆ）に相対的に食い込ませるように変形させられていることから、上記の形態と同様の効果が得られる。つまり、図１の形態のものにおいて、金属製リングパッキング１４が、素子保護キャップ１２の突出部１２ｄにおける凹凸に食い込むのは、突出部１２ｄの全厚みとならないことから、本形態の素子保護キャップ１２のように、突出部１２ｄにおける先端向き面１２ｈに所定の深さｈの凹部１２ｅを適所に設けてあるものでも、図１の形態のものと同様の効果が得られる。
【００３０】
さて、次に本発明の請求項３に記載の実施の形態について図１１に基づいて説明する。ただし、このものは、図１に示した形態のものにおいて、素子保護キャップを、内外２つの素子保護キャップ１２、１２を重ねてなる多層構造のものとし、外側の素子保護キャップ１２の突出部１２ｄの先端向き面１２ｈに金属製リングパッキング１４が当接するようにしたものである。すなわち、素子保護キャップ１２を、内側の小さめのものと外側の大きめのものの２つを、重ねるようにしたもので、図１の形態のものにおける本体２の先端向き面１０ａと素子保護キャップ１２との間に、小さめの素子保護キャップ１２を介在させた点のみが図１に示したものと異なるだけであるため、その相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。
【００３１】
本形態では、内側の素子保護キャップ１２はやや肉厚が薄いものとして図示してある。また、内、外の素子保護キャップ１２の開口端である後端外周の突出部（フランジ）１２ｄは外径が同じとされている。そして、内側の素子保護キャップ１２の突出部１２ｄは円環状のフランジとされている。このものでは、図１の形態のものに比べて、内側の素子保護キャップ１２の突出部（フランジ）１２ｄを本体２の先端向き面１０ａと素子保護キャップ１２の突出部１２ｄの間に挟んでいる点のみ相違する。しかして、このように複数の素子保護キャップ１２を重ねてなる構造のものとし本発明を具体化しても、同様の多層構造のものに比べると、その固定力の増大が図られる。なお、本形態では内外のキャップの通気用貫通孔１２ｃが重ならないように配置してあるため、被測定ガスが素子１５の検出部に直接衝突するのが防止されている。また、図１１において、外側の素子保護キャップ１２に、図８、９に示したものを用いても同様の効果が得られる。
【００３２】
さて、次に本発明の請求項４に記載の実施の形態について図１２に基づいて説明する。ただし、このものは、図１に示した形態のものにおいて、金属製リングパッキング１４を、カシメ用筒部１１の内側において、環状をなす先端向き端面１０ａと、素子保護キャップ１２における突出部１２ｄの後端向き面１２ｇとの間に配置し、その状態の下で、カシメ用筒部１１を内側に折り曲げ、先端向き端面１０ａに向けて圧縮変形した点が相違するだけである。すなわち、図１に示した形態のものとは、金属製リングパッキング１４の配置位置が異なるだけで、その素子保護キャップ１２の固定構造上、金属製リングパッキング１４の圧縮変形による作用効果に本質的相違はないことから、同一の部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３３】
なお、図１２の実施形態において、図１３，１４に示した素子保護キャップ１２を用いた場合には、本発明の請求項５に記載の実施の形態のものとなる。すなわち、素子保護キャップ１２における突出部１２ｄを外歯状のものとすることなく、図１３，１４に示したように、突出部１２ｄを一定厚さで環状をなすフランジとするとともに、そのフランジにおける後端向き面（図１３の上面）を周方向に沿って凹凸（凹部１２ｅと凸部１２ｆ）のあるものとしたものである。すなわち、このような素子保護キャップ１２を用いた場合には、図１３中の拡大図に示したところからも、図１２に示した実施の形態と実質的に同様の効果が得られるのは明らかである。
【００３４】
また、図１５は、請求項６に記載の実施の形態を示したものであり、このものは、図１２の実施形態において、素子保護キャップを、内外２つの素子保護キャップ１２、１２を重ねてなる多層構造のものとし、内側の素子保護キャップ１２の突出部１２ｄに凹凸を設け、その突出部１２ｄの後端向き面１２ｇに金属製リングパッキング１４が当接するようにし、外側の素子保護キャップ１２の突出部１２ｄを環状のフランジとし、このフランジをなす突出部１２ｄを、凹凸のある突出部１２ｄとカシメ用筒部１１との間に配置して、カシメ用筒部１１を圧縮変形したものである。すなわち、素子保護キャップ１２を、内側の小さめのものと外側の大きめのものの２つを重ねるようにしたもので、図１２の形態のものにおける素子保護キャップ１２とカシメられた筒状部１１との間に、凹凸のない別の素子保護キャップ１２を介在させた点のみが異なるだけである。なお、本形態では、内側の素子保護キャップ１２はやや肉厚が薄いものとして図示してある。しかして、このように複数の素子保護キャップ１２を重ねてなる構造のものにおいても、その固定力の増大が図られる。また、図１５において、内側の素子保護キャップ１２に、図１３，１４に示したものを用いても同様の効果が得られる。
【００３５】
本発明は、上記した各実施の形態のものに限定されるものではなく、種々、設計変更して具体化できる。例えば、素子保護キャップの突出部を、その外周方向に沿って外向きに凹凸のあるものとしておく形態として外歯状のものとする場合、上記もしたが、軸線方向から見たその歯の形は四角でなくともよい。周方向に沿って凸又は凹となす円弧を繰り返す形の波形としてもよいなど、適宜の形状とすればよい。また、突出部をなす凹凸は、筒状部の外径より外方において凹凸をなすようにしたが、凸部は、筒状部の外周面から張り出すように設けてもよい。このようにすれば、隣接する凸部の間の凹部は、軸線方向から見て、半径方向の大きさ（突出量）が大きくなり、金属製リングパッキングの食い込み性が高められる。さらに、凸部を複数設ける場合、当角度間隔で設けてもよいが、不等角度間隔で設けてもよい。いずれのものとしても、金属製リングパッキングをその凹凸に相対的に食い込ませるように変形させることで、固定力の増大が得られるためである。
【００３６】
また、素子保護キャップの突出部を、環状をなすフランジとすると共に、そのフランジにおける先端向き面又は後端向き面を周方向に沿って凹凸のあるものとしておく場合においても、軸線方向から見たその凹凸の形は四角でなくともよい。金属製リングパッキングをその凹凸に相対的に食い込ませるように変形させることができればよいためである。なお、その場合の凹部の深さｈは、金属製リングパッキングがその凹凸に相対的に食い込む状態を勘案して設定すればよい。さらにも、本発明では、複数の素子保護キャップを重ねてなる多層構造の同キャップを有するものにおいても適用できるが、その数は２層に限定されるものではない。
【００３７】
上記においては、素子保護キャップが円筒状のものとして具体化したが、半球面状のものやドーム状のものを用いる場合でも同様にして具体化できる。なお、金属製リングパッキングは、有端リングのものとしたが、無端リングのものとしてもよい。また、その断面は、変形前は円断面のものとしたが、その形状は適宜に設計変更できる。なお、金属製リングパッキングは、上記においてはニッケル製のものとしたが、これに限定されるものではない。なお、上記もしたが、金属製リングパッキングは、金具本体又は素子保護キャップをなす素材より低硬度の金属で形成することが良い。
【００３８】
上記においては、検出素子が有底コップ形状のものである酸素センサにおいて、具体化したが、本発明における検出素子はこのような形状のものに限られず、板状或いは棒状のものを固定してなるセンサにおいても具体化できることは言うまでもない。さらに、酸素センサ以外の各種のガスセンサにおいて具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の請求項１に記載のガスセンサの実施の形態を示す半断面正面図及びその要部拡大図。
【図２】図１のガスセンサに用いた素子保護キャップの半断面正面拡大図。
【図３】図２の平面図。
【図４】図１のガスセンサにおいて素子保護キャップを固定する工程の説明図。
【図５】図４において、金具本体のカシメ用筒部を圧縮変形する工程の説明図。
【図６】図５−ＢにおけるＴ−Ｔ線断面の部分展開図。
【図７】素子保護キャップの突出部における凹凸の別例を示す平面図。
【図８】請求項２に記載のガスセンサの実施の形態に用いる素子保護キャップを示す半断面正面拡大図及びその要部拡大図。
【図９】図８の底面図。
【図１０】図８、９の素子保護キャップを用いた請求項２に記載のガスセンサの実施の形態の要部拡大断面図。
【図１１】請求項３に記載のガスセンサの実施の形態の半断面正面図及びその要部拡大図。
【図１２】請求項４に記載のガスセンサの実施の形態の要部拡大断面図。
【図１３】請求項５に記載のガスセンサの実施の形態に用いる素子保護キャップを示す半断面正面拡大図及びその要部拡大図。
【図１４】図１３の平面図。
【図１５】請求項６に記載のガスセンサの実施の形態の半断面正面図及びその要部拡大図。
【符号の説明】
【００４０】
１  ガスセンサ
２  金具本体
１０ａ  金具本体の先端寄り部位の先端向き端面
１１  カシメ用筒部
１２  素子保護キャップ
１２ｃ  通気用貫通孔
１２ｄ  素子保護キャップの突出部
１２ｅ  突出部における凹部
１２ｆ  突出部における凸部
１２ｇ  突出部の後端向き面
１２ｈ  突出部の先端向き面
１４  金属製リングパッキング
１５  検出素子
【図１】
2006098138.tif 000003
【図２】
2006098138.tif 000004
【図３】
2006098138.tif 000005
【図４】
2006098138.tif 000006
【図５】
2006098138.tif 000007
【図６】
2006098138.tif 000008
【図７】
2006098138.tif 000009
【図８】
2006098138.tif 000010
【図９】
2006098138.tif 000011
【図１０】
2006098138.tif 000012
【図１１】
2006098138.tif 000013
【図１２】
2006098138.tif 000014
【図１３】
2006098138.tif 000015
【図１４】
2006098138.tif 000016
【図１５】
2006098138.tif 000017