(57)【要約】      （修正有）【課題】腕部を栓部材の溝部内に配置させるにあたり、栓部材の熱膨張を起因とする溝部のクラックの発生を抑制することができるガスセンサを提供することを目的とする。【解決手段】ガスセンサ１のうち、後端向き面９９側にて大気連通孔９１を起点にリード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延び、グロメット９の先端側に向かって切り欠き、底面９４及び側面を有する溝部９３を備えるグロメット９に対し、外筒３に結合され、保護部３４に接続する腕部３３を、グロメット９の溝部９３の底面９４と間隙Ｔ１を設けて配置する。【選択図】図１
2011215095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、
該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
を備えたガスセンサにおいて、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部と、該保護部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒に結合され、
前記腕部は、前記溝部の前記底面と間隙を設けて配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記栓部材は、前記外筒を径方向内側に加締めることで、前記栓部材が前記外筒内に保持されることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記腕部及び前記保護部は、前記外筒と一部材にて形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記保護部と、前記腕部と、前記腕部に接続し、前記外筒の周囲を覆う筒状部と、を有する保護部材を備え、前記筒状部が前記外筒に機械接合されて前記保護部材と前記外筒とが結合されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記栓部材は、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部は、前記凸部に当接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記溝部は、前記栓部材の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって複数延びており、
前記腕部は、前記栓部材の前記溝部内に複数配置される請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、
該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
を備えたガスセンサにおいて、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒に結合され、
前記腕部は、前記溝部の前記底面と間隙を設けて配置されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】
前記栓部材は、前記外筒を径方向内側に加締めることで、前記栓部材が前記外筒内に保持されることを特徴とする請求項７記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記腕部及び前記被覆部は、前記外筒と一部材にて形成されてなることを特徴とする請求項７または請求項８記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記被覆部と、前記腕部と、前記腕部に接続し、前記外筒の周囲を覆う筒状部と、を有する保護部材を備え、前記筒状部が前記外筒に機械接合されて前記保護部材と前記外筒とが結合されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載のガスセンサ。
【請求項１１】
前記栓部材は、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部は、前記凸部に当接することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項１２】
前記溝部は、前記栓部材の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって複数延びており、
前記腕部は、前記栓部材の前記溝部内に複数配置される請求７乃至１１のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガスを測定する検出素子を主体金具や外筒の内部に保持しつつ、その外筒の内部と外部との通気性を確保するための通気構造を有するガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素など）の濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、酸素濃度を検出する酸素センサの検出素子は、排気ガス中に晒される検出電極と、基準ガス（通常は大気）中に晒される基準電極とが一対となって固体電解質体を挟むようにその表面上に形成されている。この検出素子は、固体電解質体に隔てられた２つの雰囲気間、すなわち排気ガスと基準ガスとの間における酸素分圧の差に応じて排気ガス中の酸素濃度の検出を行うものである。
【０００３】
このような酸素センサは、検出素子を保持するための主体金具や、検出素子の周囲を覆う外筒を有しており、さらに外筒の後端側には、外筒内を閉塞するための栓部材（グロメット）が組み付けられている。そして、この栓部材には、リード線（センサ出力リード線およびヒータリード線）を挿通させるリード線挿通孔の他に、外筒の内部と外部との通気性を確保して検出素子の基準電極側に基準ガスを導入するための大気連通孔（貫通孔）が設けられている。さらに、栓部材の大気連通孔には、外筒内に大気を導入しつつ（通気性）、水滴等を進入させない（防水性）ためのフィルタ部材が設けられている。
【０００４】
さらに、特許文献１や特許文献２のように、栓部材の大気連通孔を外筒の後方側（外部側）から覆いフィルタ部材を保護する保護部材が設けられているガスセンサも知られている。このように、保護部材を設けることにより、フィルタ部材が外部に直接露出されることを防止でき、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃をフィルタ部材が受けてフィルタ部材に破損が生じることを防止している。この保護部材は、大気連通孔よりも小さい開口を有した通気部や、フィルタ部材が視認できないようにフィルタ部材を覆うとともに、栓部材との間隙から大気連通孔に通気する被覆部が、腕部を介して外筒に結合された構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９２４５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２９２４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１や特許文献２のようなガスセンサでは、腕部を栓部材に設けられた溝部内に配置している。この溝部は、もともと栓部材が外部から被水したときに、水捌けを補助し、大気連通孔の通気性能を低下させないために設けられているが、この溝部内に腕部を配置することで、保護部材がガスセンサの周方向に回転することを防止し、リード線が保護部材に接触して損傷することを防止している。
【０００７】
しかしながら、保護部材の周方向の回転防止を考慮し、溝部内に確実に腕部を配置するために溝部の底面に腕部を接触させると、以下のような問題が生じる虞があった。つまり、栓部材が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサの後端側に膨らむのに対し、外筒に結合された腕部は、外筒によって移動が規制されているため、栓部材が腕部に引っかかってしまう。その結果、栓部材における溝部と他の部位との膨張割合に差が生じ、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じる虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、腕部を栓部材の溝部内に配置させるにあたり、栓部材の熱膨張を起因とする溝部のクラックの発生を抑制することができる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】
【０００９】
本発明のガスセンサは、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサにおいて、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部と、該保護部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒に結合され、
前記腕部は、前記溝部の前記底面と間隙を設けて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無い。その結果、栓部材における溝部と他の部位との膨張割合に差が生じにくく、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００１１】
また、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材が外部から被水したときに、腕部によって阻害されることなく水捌けを補助でき、大気連通孔の通気性能の低下を抑制できる。
【００１２】
他方、腕部の少なくとも一部は、栓部材の溝部内に配置できるため、保護部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止でき、リード線が保護部や腕部に接触し、損傷することを防止できる。なお、溝部内の一部に腕部を配置していれば、保護部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止できるが、溝部内全体に亘って腕部を配置すれば、より確実に保護部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止できる。
【００１３】
また、保護部は、フィルタ部材を保護する一方で、大気連通孔の開口よりも小さい開口を有し、外筒の内部と外部との間における通気性を十分に維持できる構造であることが望まれる。具体的には、通気部に軸線方向に貫通する複数の小さい開口を設けたり、通気部に軸線方向に設けた開口にメッシュ状の部材を組み付けたり、あるいは、保護部に凹凸部を設け、その側面に小さい開口を形成して通気可能に構成してもよい。
さらに、保護部の硬度は、フィルタ部材の硬度よりも硬いことが好ましい。これにより、フィルタ部材が破損することをより確実に防止できる。
【００１４】
さらに、腕部と溝部の底面との間隙の大きさは、ガスセンサの使用環境での栓部材の膨張割合を考慮して適宜設定すればよい。つまり、ガスセンサの使用時においても、栓部材の溝部の底面に腕部が接触しないような間隙の大きさを適宜設定すればよい。
【００１５】
また、本発明のガスセンサは、前記栓部材が、前記外筒を径方向内側に加締めることで、前記栓部材が前記外筒内に保持される構成に適用することが好ましい。外筒を径方向内側に加締めることで、栓部材が外筒内に保持される構成では、栓部材に加締めによる応力が加わり、栓部材がガスセンサの後端側に膨らむことがある。この場合においても、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、加締めにより栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無い。その結果、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００１６】
さらに、本発明のガスセンサは、前記腕部及び前記保護部が、前記外筒と一部材にて形成されてなる構成に適用することが好ましい。腕部及び保護部が外筒と一部材にて形成されてなる構成では、腕部及び保護部が確実に外筒に結合されるため、栓部材が熱膨張してガスセンサの後端側に膨らむ際に栓部材の溝部が腕部に引っかかる可能性が高い。そこで、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無く、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
また、腕部及び保護部が外筒と一部材にて形成されてなる構成では、外筒を径方向内側に加締めて外筒内に栓部材を保持する構成を採用する可能性が高い。そこで、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、加締めにより栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無く、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
さらに、腕部、保護部及び外筒を一部材にて形成することで、部品点数を減らすことができる。
【００１７】
さらに、本発明のガスセンサは、前記保護部と、前記腕部と、前記腕部に接続し、前記外筒の周囲を覆う筒状部と、を有する保護部材を備え、前記筒状部が前記外筒に機械接合されて前記保護部材と前記外筒とが結合されていることが好ましい。このように、複雑な形状を有する保護部、腕部及び筒状部を外筒とは別部材の保護部材として準備することができ、容易に腕部及び保護部が外筒と結合する構成を得ることができる。
【００１８】
なお、保護部材の筒状部と外筒とを機械接合する構成としては、筒状部の内径を外筒の外径よりも径小とし、外筒に筒状部を圧入する構成や、筒状部に軸線方向に沿って数箇所スリットを設けておき、筒状部が弾性変形することにより外筒に係合する構成等が挙げられる。
【００１９】
さらに、本発明のガスセンサは、前記栓部材が、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部が、前記凸部に当接することが好ましい。このように、栓部材に凸部を設けることで、腕部と溝部の底面との間隙を容易に設けることができる。
なお、凸部の高さは、ガスセンサの使用環境での栓部材の膨張割合を考慮して適宜設定すればよい。つまり、ガスセンサの使用時においても、栓部材の溝部の底面に腕部が接触しないように凸部の高さを適宜設定すればよい。
【００２０】
さらに、本発明のガスセンサは、前記溝部が、前記栓部材の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって複数延びており、前記腕部が、前記栓部材の前記溝部内に複数配置されることが好ましい。腕部を複数有することで、１つの腕部に捻りが加わった場合でも、他の腕部により捻りを緩和するので、保護部が栓部材の大気連通孔を外筒の外部側から確実に覆うことができる。そして腕部を複数有する場合に、栓部材に複数設けられた溝部内に腕部のそれぞれが配置されることで、保護部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを確実に防止でき、リード線が保護部や腕部に接触し、損傷することを確実に防止できる。
【００２１】
本発明の他のガスセンサは、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサにおいて、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒に結合され、
前記腕部は、前記溝部の前記底面と間隙を設けて配置されていることを特徴とする。
【００２２】
このように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無い。その結果、栓部材における溝部と他の部位との膨張割合に差が生じにくく、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００２３】
また、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材が外部から被水したときに、腕部によって阻害されることなく水捌けを補助でき、大気連通孔の通気性能の低下を抑制できる。
【００２４】
他方、腕部の少なくとも一部は、栓部材の溝部内に配置できるため、被覆部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止でき、リード線が被覆部や腕部に接触し、損傷することを防止できる。なお、溝部内の一部に腕部を配置していれば、被覆部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止できるが、溝部内全体に亘って腕部を配置すれば、より確実に被覆部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを防止できる。
【００２５】
また、被覆部は、栓部材との間隙を介して大気連通孔内と外部との通気を許容できればよく、被覆部と栓部材との間隙は適宜設定すればよい。さらに、被覆部の硬度は、フィルタ部材の硬度よりも硬いことが好ましい。これにより、フィルタ部材が破損することをより確実に防止できる。
【００２６】
さらに、腕部と溝部の底面との間隙の大きさは、ガスセンサの使用環境での栓部材の膨張割合を考慮して適宜設定すればよい。つまり、ガスセンサの使用時においても、栓部材の溝部の底面に腕部が接触しないような間隙の大きさを適宜設定すればよい。
【００２７】
また、本発明のガスセンサは、前記栓部材が、前記外筒を径方向内側に加締めることで、前記栓部材が前記外筒内に保持される構成に適用することが好ましい。外筒を径方向内側に加締めることで、栓部材が外筒内に保持される構成では、栓部材に加締めによる応力が加わり、栓部材がガスセンサの後端側に膨らむことがある。この場合においても、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、加締めにより栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無い。その結果、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００２８】
さらに、本発明のガスセンサは、前記腕部及び前記被覆部が、前記外筒と一部材にて形成されてなる構成に適用することが好ましい。腕部及び被覆部が外筒と一部材にて形成されてなる構成では、腕部及び被覆部が確実に外筒に結合されるため、栓部材が熱膨張してガスセンサの後端側に膨らむ際に栓部材の溝部が腕部に引っかかる可能性が高い。そこで、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無く、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
また、腕部及び被覆部が外筒と一部材にて形成されてなる構成では、外筒を径方向内側に加締めて外筒内に栓部材を保持する構成を採用する可能性が高い。そこで、本発明のように、腕部を溝部の底面と間隙を設けて配置することで、加締めにより栓部材がガスセンサの後端側に膨らんだとしても、栓部材の溝部が腕部に引っかかることが無く、栓部材の溝部にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
さらに、腕部、保護部及び外筒を一部材にて形成することで、部品点数を減らすことができる。
【００２９】
さらに、本発明のガスセンサは、前記被覆部と、前記腕部と、前記腕部に接続し、前記外筒の周囲を覆う筒状部と、を有する保護部材を備え、前記筒状部が前記外筒に機械接合されて前記保護部材と前記外筒とが結合されていることが好ましい。このように、複雑な形状を有する保護部、腕部及び筒状部を外筒とは別部材の保護部材として準備することができ、容易に腕部及び保護部が外筒と結合する構成を得ることができる。
【００３０】
なお、保護部材の筒状部と外筒とを機械接合する構成としては、筒状部の内径を外筒の外径よりも径小とし、外筒に筒状部を圧入する構成や、筒状部に軸線方向に沿って数箇所スリットを設けておき、筒状部が弾性変形することにより外筒に係合する構成等が挙げられる。
【００３１】
さらに、本発明のガスセンサは、前記栓部材が、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部が、前記凸部に当接することが好ましい。このように、栓部材に凸部を設けることで、腕部と溝部の底面との間隙を容易に設けることができる。
なお、凸部の高さは、ガスセンサの使用環境での栓部材の膨張割合を考慮して適宜設定すればよい。つまり、ガスセンサの使用時においても、栓部材の溝部の底面に腕部が接触しないように凸部の高さを適宜設定すればよい。
【００３２】
さらに、本発明のガスセンサは、前記溝部が、前記栓部材の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって複数延びており、前記腕部が、前記栓部材の前記溝部内に複数配置されることが好ましい。腕部を複数有することで、１つの腕部に捻りが加わった場合でも、他の腕部により捻りを緩和するので、保護部が栓部材の大気連通孔を外筒の外部側から確実に覆うことができる。そして腕部を複数有する場合に、栓部材に複数設けられた溝部内に腕部のそれぞれが配置されることで、保護部や腕部がガスセンサの周方向に回転することを確実に防止でき、リード線が保護部や腕部に接触し、損傷することを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態のガスセンサ１の構造を示す縦断面図である。
【図２】組み付け前のグロメット９の斜視図である。
【図３】ガスセンサ１を軸線Ｏ方向後端側（図１における上側）から見た図である。
【図４】組み付け前の外筒３の斜視図である。
【図５】取付治具４００の斜視図である。
【図６】取付治具４００を取付方向の前方から（図５における矢印Ｃ方向に）見た図である。
【図７】取付治具４００を取付方向の後方から（図５における矢印Ｄ方向に）見た図である。
【図８】図５（または図６）の２点鎖線で示す屈曲線Ｅ−Ｅにおいて矢視方向から見た取付治具４００の屈曲断面図である。
【図９】保持工程を示す図である。
【図１０】リード線保持工程を示す図である。
【図１１】配置工程を示す図である。
【図１２】ずらし工程を示す図である。
【図１３】第２の実施形態のガスセンサ２００の構造を示す縦断面図である。
【図１４】第２の実施形態の保護部材１００の斜視図である。
【図１５】ガスセンサ２００を軸線Ｏ方向後端側（図１３における上側）から見た図である。
【図１６】図１５の１点鎖線で示す屈曲線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見たガスセンサ１の後端側の部分拡大断面図である。
【図１７】第３の実施形態のガスセンサ２０１の要部縦断面図である。
【図１８】ガスセンサ２０１を軸線Ｏ方向後端側（図１７における上側）から見た図である。
【図１９】変形例としてのガスセンサ７００の構造を示す縦断面図である。
【図２０】変形例としての外筒５１０の後端部の形状を示す斜視図である。
【図２１】変形例としての外筒５２０の後端部の形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、第１の実施形態として、ガスセンサ１を例に、その構造について図１〜図４を参照して説明する。なお、図１に示すガスセンサ１は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管（図示外）に取り付けられて使用されるものである。以下では、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向において、排気管内に挿入される検出素子６の先端に向かう側（閉じている側であり図中下側）を先端側とし、これと反対方向に向かう側（図中上側）を後端側として説明するものとする。
【００３５】
図１に示すガスセンサ１は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の濃度を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子６を主体金具５や外筒３、プロテクタ４内に保持した構造を有する。ガスセンサ１からは、この検出素子６の出力する信号を取り出したり、検出素子６に併設されるヒータ７への通電を行ったりするためのリード線１８が引き出されている。各リード線１８は、ガスセンサ１とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）に電気的に接続されている。
【００３６】
ガスセンサ１の検出素子６は、ジルコニアからなる固体電解質体６１を有底筒状に形成したものであり、固体電解質体６１の内面には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる基準電極６２がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体６１の外面にも、基準電極６２と同様に、ＰｔまたはＰｔ合金からなる検出電極６３が多孔質状に形成されている。検出素子６の先端側（閉じている側）は検出部６４として構成され、外面の検出電極６３が排気管（図示外）内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないが、この検出電極６３は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子６の軸線Ｏ方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部６５が設けられている。そして、検出素子６の筒孔内には、固体電解質体６１を加熱して活性化させるための棒状のヒータ７が挿入されている。
【００３７】
検出素子６は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具５に取り囲まれた状態で、その主体金具５の筒孔５５内に保持されている。主体金具５はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部（図示外）に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。雄ねじ部５２よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ４が係合される先端係合部５６が形成されている。検出素子６の検出部６４は、この先端係合部５６よりも先端側に突出している。
【００３８】
主体金具５の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、ガスセンサ１を排気管の取付部（図示外）に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット１１が嵌挿されている。そして主体金具５の後端側には、自身の筒孔５５内で保持する検出素子６を加締め固定するための加締部５７が設けられている。検出素子６の後端部６６は、この加締部５７よりも後端側に突出している。そして、工具係合部５３と加締部５７との間には、その外周に、後述する外筒３の先端部３１が係合される後端係合部５８が形成されている。
【００３９】
次に、主体金具５の筒孔５５内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部５９が設けられており、この段部５９に、金属製のパッキン１２を介し、アルミナからなる筒状の支持部材１３が係止されている。支持部材１３の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン１４を介し、検出素子６のフランジ部６５が支持部材１３により支持されている。さらに筒孔５５内には、支持部材１３の後端側に滑石粉末からなる充填部材１５が充填され、その充填部材１５を支持部材１３との間で挟むように、充填部材１５の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ１６が配置されている。
【００４０】
スリーブ１６の後端側には環状のリング１７が配置されており、主体金具５の加締部５７を径方向内側に加締めることで、リング１７を介し、スリーブ１６が充填部材１５に対して押しつけられている。この加締部５７の加締めを通じ、充填部材１５が、主体金具５の段部５９に係止された支持部材１３に向けて検出素子６のフランジ部６５を押圧するよう主体金具５の筒孔５５内に圧縮充填されると供に、筒孔５５の内周面と検出素子６の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このように、検出素子６は、主体金具５の加締部５７と段部５９との間において挟持された各部材を介し、主体金具５の筒孔５５内で保持されている。
【００４１】
次に、主体金具５の先端係合部５６には、その先端係合部５６から軸線Ｏ方向の先端側に向け突出された検出素子６の検出部６４を覆うプロテクタ４が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ４は、ガスセンサ１が排気管（図示外）に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子６の検出部６４を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ４は、有底筒状をなし、開放された側の周縁部が先端係合部５６に接合される外側プロテクタ４１と、その外側プロテクタ４１の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ４５とからなる２重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の外周壁には内部に排気ガスを導入し、検出素子６の検出部６４へと導くための導入口４２がそれぞれ開口されている（内側プロテクタ４５のガス導入口は図示せず。）。また、外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の底壁には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口４３，４８がそれぞれ開口されている。
【００４２】
また、検出素子６の後端部６６よりも軸線Ｏ方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ８が配置されている。セパレータ８は、４つの接続端子１９（図１ではそのうちの３つの接続端子１９を示している。）をそれぞれ独立に収容する収容部８２を有する。収容部８２はセパレータ８を軸線Ｏ方向に貫通しており、セパレータ８の先端側と後端側との間において通気可能に構成されている。各接続端子１９は、検出素子６の基準電極６２、検出電極６３、およびヒータ７の有する発熱抵抗体に通電するため後端側にて露出された一対の電極７１（図１ではそのうちの一方の電極７１を示している。）に、それぞれ電気的に接続されるものである。セパレータ８は、各接続端子１９を分離した状態で収容し、接続端子１９同士の接触を防止している。各接続端子１９には４本のリード線１８の芯線がそれぞれ加締め接合されており（図１ではそのうちの２本のリード線１８を示している。）、各リード線１８は、後述するグロメット９を介してガスセンサ１の外部に引き出されている。また、セパレータ８の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部８１が設けられており、そのフランジ部８１よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具８５が嵌挿されている。
【００４３】
また、セパレータ８の後端側には、フッ素系ゴムからなるグロメット９が配置されている。図２に示すように、グロメット９は、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された部材であり、軸線Ｏ方向に貫通する大気連通孔９１および４つのリード線挿通孔９２を有する。大気連通孔９１は、グロメット９の径方向中央に形成され、リード線挿通孔９２は、大気連通孔９１よりも外周側にて大気連通孔９１を取り巻くように、周方向に等間隔となる位置にそれぞれ形成されている。大気連通孔９１は、図１に示すように、さらにセパレータ８の収容部８２を介して、ガスセンサ１内（後述する外筒３内）に大気を導入するために設けられたものである。外筒３内では、検出素子６が、後端部６６を突き出した形態で主体金具５に保持されているが、その検出素子６の有底筒内に形成された基準電極６２が、大気に晒されるように構成されている。そして図３に示すように、４つのリード線挿通孔９２には、前述した４本のリード線１８が、それぞれ独立に挿通される。なお、グロメット９が特許請求の範囲における「栓部材」に相当する。
【００４４】
また、図２，図３に示すように、グロメット９がガスセンサ１へ組み付けられた際に後端側を向く後端向き面９９には、大気連通孔９１の形成位置を起点とし、外周側へ向けて径方向に沿って溝状に延びる４つの溝部９３が形成されている。この溝部９３は、グロメット９の先端側に向かって切り欠いており、底面９４及び底面９４と後端向き面９９とを接続する２つの側面９５にて形成されている。各溝部９３は、後端向き面９９上に開口する４つのリード線挿通孔９２の位置を避けるように、それぞれ隣り合う２つのリード線挿通孔９２間を通して配置されている。よって、後端向き面９９は、溝部９３によって４つの区画に分割されている。
【００４５】
図１に示すように、グロメット９の大気連通孔９１内には、フィルタ部材８７およびその留め金具８８が挿入されている。フィルタ部材８７は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成されたミクロンサイズの網目構造を有する薄膜状のフィルタであり、水滴等は通さず大気は連通可能に構成されたものである。また、留め金具８８は筒状に形成された部材であり、自身の外周と大気連通孔９１の内周との間にフィルタ部材８７を挟み、グロメット９に固定する。上記したグロメット９の溝部９３は、フィルタ部材８７を通過できなかった水滴等がフィルタ部材８７上で溜まらないように、外周側へ導く流路を形成するものである。そのため、フィルタ部材８７の後端が溝部９３の底面９４よりも後端側に配置されていることが好ましい。なお、溝部９３は、径方向外側から中央側へ向かうにつれ軸線Ｏ方向先端側から後端側へ向かう、傾斜を有していてもよい。
【００４６】
次に、主体金具５の後端側には、軸線Ｏ方向に延びる筒状の外筒３が組み付けられている。図４に示すように、外筒３は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状に形成し、さらに略中央より先端側（図４において下側）に位置する先端部３１を大径に形成したものである。先端部３１の内径は、先端部３１を主体金具５の後端係合部５８（図１参照）に係合させるため、後端係合部５８の外径より大きく形成されている。また、図３，図４に示すように、外筒３の後端側に位置する後端部３８の後端は径方向内向きに折り曲げられて連結部３２を形成しており、連結部３２の周方向の４箇所から、軸線Ｏへ向けて延びる板状をなす４本の腕部３３が突出されている。
【００４７】
そして、各腕部３３は、円形板状の保護部３４の外周にそれぞれ接続されている。保護部３４は、図２に示す、グロメット９の大気連通孔９１とほぼ同じ大きさの外径を有し、図１，図３に示すように、厚み方向を軸線Ｏ方向に合わせ、大気連通孔９１に蓋をする配置となるように、腕部３３に支えられている。また、図４に示すように、保護部３４には後端側に向かって突出する突出部３５が設けられている。この突出部３５に設けられた開口は、大気連通孔９１の開口（大きさ）よりも小さく形成（図１参照）されており、大気連通孔９１内への飛石等の進入が防止されている。そして、突出部３５の開口を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気（つまり外筒３の内部と外部との通気）が確保されている。このように保護部３４を設けることで、大気連通孔９１内に配置されたフィルタ部材８７を、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃から保護し、破損を防止することができる。なお、突出部３５は、グロメット９の後端向き面９９よりも先端側に配置されている（つまり、突出部３５は、グロメット９内に配置されている）。これにより、リード線１８が突出部３５に接触し、損傷することを防止できる。
【００４８】
このような構造を有する外筒３は、図１に示すように、軸線Ｏ方向に連ねて配置された検出素子６の後端部６６、セパレータ８およびグロメット９の各側面を、周方向に取り囲んだ状態で、主体金具５の後端側に配置される。外筒３の先端部３１は、主体金具５の後端係合部５８の外周に嵌められ、外周側から径方向内向きに加締められる。さらに先端部３１の外周を一周してレーザ溶接が施されることで、外筒３が主体金具５に固定されている。
【００４９】
また、セパレータ８のフランジ部８１よりも先端側の部分の位置に対応する外筒３の側面は、外周を一周して径方向内向きに加締められている。この位置には保持金具８５が配置されており、保持金具８５は、自身の内部にセパレータ８を保持した状態で、外筒３内に加締め保持される。また、セパレータ８のフランジ部８１よりも後端側の部分の位置に対応する外筒３の側面も、周方向の複数箇所において、径方向内向きに加締められている。この部分の加締めはフランジ部８１の後端に接する位置に行われ、この加締め部分と保持金具８５とでフランジ部８１が挟まれて、セパレータ８の軸線Ｏ方向への移動が規制されている。
【００５０】
そして、図１に示すように、セパレータ８の後端側に配置されるグロメット９が、外筒３の後端部３８内に配置されるとともに、４区画に分割されたグロメット９の後端向き面９９は、４本の腕部３３間を抜けて、外筒３から後端側に突出し、腕部３３は図３に示すように、溝部９３内に配置される。この際、図１に示すように、腕部３３を溝部９３の底面９４と間隙Ｔ１を設けて配置している。これにより、グロメット９が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ１の後端側に膨らんだとしても、グロメット９の溝部９３が腕部３３に引っかかることが無い。その結果、グロメット９における溝部９３と他の部位（例えば、後端向き面９９を形成する４箇所の部位）との膨張割合に差が生じにくく、グロメット９の溝部９３にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００５１】
また、腕部３３を溝部９３の底面９４と間隙を設けて配置しているので、グロメット９が外部から被水したときに、腕部３３によって阻害されることなく水捌けを補助でき、大気連通孔９１の通気性能の低下をより抑制できる。
【００５２】
さらに、腕部３３をグロメット９の溝部９３内に配置しているので、保護部３４や腕部３３がガスセンサ１の周方向に回転することを防止でき、リード線１８が保護部３４や腕部３３に接触し、損傷することを防止できる。
【００５３】
また、図１に示すように、外筒３の後端部３８内に配置されたグロメット９の外周を取り囲む外筒３の後端部３８が、外周側から径方向内向きに加締められており、グロメット９が外筒３に固定されている。このように、外筒３を径方向内側に加締めることで、グロメット９が外筒３内に保持される構成であっても、腕部３３を溝部９３の底面９４と間隙Ｔ１を設けて配置しているので、グロメット９が加締めによる応力でガスセンサ１の後端側に膨らんだとしても、グロメット９の溝部９３が腕部３３に引っかかることが無い。その結果、グロメット９の溝部９３にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００５４】
さらに、腕部３３を複数有することで、１つの腕部３３に捻りが加わった場合でも、他の腕部３３により捻りを緩和するので、保護部３４がグロメット９の大気連通孔９１を外筒３の後端側から確実に覆うことができる。そして腕部３３を複数有する場合に、グロメット９に複数設けられた溝部９３内に腕部３３のそれぞれが配置されることで、保護部３４や腕部３３がガスセンサの周方向に回転することを確実に防止でき、リード線１８が保護部３４や腕部３３に接触し、損傷することを確実に防止できる。
【００５５】
さらに、腕部３３と保護部３４が外筒３と一部材にて形成されているので、部品点数を減らすことができる。
【００５６】
次に、ガスセンサ１の製造方法の一例を、以下の手順に説明する。
まず、ガスセンサ１製造する際に用いられる取付治具４００の構造について、図５〜図８を参照して説明する。図５は、取付治具４００の斜視図である。図６は、取付治具４００を取付方向の前方から（図５における矢印Ｃ方向に）見た図である。図７は、取付治具４００を取付方向の後方から（図５における矢印Ｄ方向に）見た図である。図８は、図５（または図６）の２点鎖線で示す屈曲線Ｅ−Ｅにおいて矢視方向から見た取付治具４００の屈曲断面図である。
【００５７】
図５に示す取付治具４００は、ガスセンサ１（図１参照）を組み立てる際に、外筒３を配置するための治具であり、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）から作製され、取付方向に沿った中心軸Ｐ（図中１点鎖線で示す。）を有する円柱形状をなしている。図５〜図８に示すように、取付治具４００は、取付方向の後方側にて拡径され段状をなす基部４２０を有し、その基部４２０から取付方向前方側へ向けて突出するように、保持部４１０が形成されている。この保持部４１０は、外筒３を取付治具４００自身と一体に保持するための部位であり、具体的に、外筒３の保護部３４と腕部３３と後端部３８とに囲まれてなる間隙（図４参照）に挿入可能な突出部４１１が、周方向に４つ並んで配置された構成をなす。外筒３を保持する際には、中心軸Ｐの周方向にて隣り合う２つの突出部４１１の側面４１２間に、腕部３３がそれぞれ挿入される。
【００５８】
また、各突出部４１１の中心軸Ｐ側を向く内面４１３は、中心軸Ｐを囲み保護部３４が挿入される通路を形成する。その際に保護部３４が負荷を受けるように、通路の内径は保護部３４の外周の大きさよりもやや小さく形成されている。そして図８に示すように、保持部４１０の基部４２０側の根元付近において、内面４１３の形成する通路は拡径されており、保護部３４がこの位置に移動すれば、保護部３４は各内面４１３より受ける負荷から解放される。このとき、保護部３４と基部４２０との接触を防止するため、基部４２０には、突出部４１１の内面４１３が形成する通路に連続する凹部状の収容部４２１が形成されている。さらに突出部４１１の外面４１４は、外筒３の後端部３８との間に間隙を有する位置に形成されている。ところで、保持部４１０の突出部４１１はそれぞれ基部４２０から突出する形態であるが、後述するガスセンサ１の製造過程において、外筒保持部４１０の取付方向の先端面４１５がグロメット９の後端向き面９９に当接した際、外筒３がグロメット９の溝部９３の底面９４に当接しないように、突出部４１１の基部４２０からの突出長さが調整されている。つまり、取付治具４００に外筒３を保持した際に、突出部４１１の先端面４１５は、少なくとも腕部３３の位置よりも、取付方向前方に配置される。
【００５９】
また、図５〜図８に示すように、取付治具４００の外周面には、中心軸Ｐに沿って保持部４１０の取付方向先端面から基部４２０の取付方向後端面へ貫く溝状をなす４本のリード線保持部４３０が形成されている。リード線保持部４３０は、保持部４１０の中心軸Ｐに対する各突出部４１１の断面において中央の位置に設けられた、円形状の断面を有する底部壁面４３１と、底部壁面４３１の内径（断面の直径）より細幅にて対向する側部壁面４３２とから構成される。底部壁面４３１の内径はガスセンサ１のリード線１８（図１参照）の外径と略同径に形成されている。このリード線保持部４３０にリード線１８が挿入された際に、リード線１８は底部壁面４３１内に配置されるが、側部壁面４３２がリード線１８の外径よりも細幅となるのでリード線１８の抜け防止として機能する。また、外筒保持部４１０の取付方向の先端面４１５がグロメット９の後端向き面９９に当接した際に、グロメット９のリード線挿通孔９２と取付治具４００の底部壁面４３１とが連結されるように、中心軸Ｐと直交する断面における４つの底部壁面４３１の中心軸Ｐに対する配置関係が、グロメット９の軸線Ｏと直交する断面における４つのリード線挿通孔９２の軸線Ｏに対する配置関係と略一致するように構成されている。また、基部４２０の外径は、各突出部４１１の外面４１４の外径よりも大きく形成されている。このため、基部４２０におけるリード線保持部４３０の溝の深さは保持部４１０における溝の深さよりも深く、側部壁面４３２によるリード線１８の抜け防止は、基部４２０側にて、より確実になされる。
【００６０】
次に、この取付治具４００を用い、ガスセンサ１を製造する方法について、図９〜図１２を参照して説明する。図９は、保持工程を示す図である。図１０は、リード線保持工程を示す図である。図１１は、配置工程を示す図である。図１２は、ずらし工程を示す図である。なお、図９〜図１２のガスセンサ１や取付治具４００の断面図は、図３において点線で示す屈曲線Ｚにて矢視方向からみた場合を例にして示したものである。以下では外筒３をグロメット９に取り付ける過程を中心に説明するが、ガスセンサ１のその他の部位の製造過程については公知であるため省略あるいは簡略化して説明する。
【００６１】
図１に示す、ガスセンサ１の主体金具５は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる棒状の鋼材に鍛造加工を施し、次いで切削加工を施して、工具係合部５３や後端係合部５８、雄ねじ部５２、筒孔５５等の形状を成形した後、雄ねじ部５２にねじ山を転造して作製される。また、検出素子６は、有底筒状に形成した固体電解質体６１の表面上に、例えばメッキにより基準電極６２や検出電極６３を形成し、さらに検出電極６３の表面上を覆って電極保護層を形成してから焼成することにより、作製される。そして、別過程で作製したプロテクタ４を溶接により主体金具５に接合し、その主体金具５の筒孔５５内に検出素子６を加締め保持することにより、ガスセンサ１の先端側の組立中間体が作製される。
【００６２】
一方、導電性の板材から作製した４つの接続端子１９のそれぞれにリード線１８の芯線を加締めて接合し、そのうちの２つの接続端子１９をヒータ７の電極７１に接続する。これら接続端子１９とヒータ７をセパレータ８内に収容すると共に、リード線１８をセパレータ８及びグロメット９に挿通する。なお、グロメット９の大気連通孔９１内には、フィルタ部材８７およびその留め金具８８が挿入されている。
【００６３】
［保持工程］
次に、図９に示すように、グロメット９のリード線挿通孔９２から引き出された４本のリード線１８を、外筒３の保護部３４と腕部３３と後端部３８とに囲まれてなる間隙（図４参照）のそれぞれに、腕部３３や保護部３４には接触しないように挿通させる。この状態で取付治具４００の取付方向前方側を外筒３に向け、中心軸Ｐを外筒３の軸線Ｏに揃え、外筒の保護部３４と腕部３３と後端部３８とに囲まれてなる間隙のそれぞれに、保持部４１０の各突出部４１１を挿入する。つまり、中心軸Ｐに対する周方向にて隣り合う各突出部４１１の側面４１２間に、腕部３３を通し、４つの突出部４１１の中心軸Ｐ側を向くそれぞれの内面４１３間に、保護部３４を配置させる。これにより、取付治具４００と外筒３とが互いに位置決めされる。そして、取付治具４００をそのまま軸線Ｏに沿って取付方向に移動させ、外筒３の保護部３４を取付治具４００の収容部４２１内に収容すると、内面４１３が保護部３４の抜け防止として機能し（図１０参照）、外筒３は取付治具４００に一体に保持される。
【００６４】
［リード線保持工程］
次に、図１０に示すように、４本のリード線１８を、それぞれが配置されている間隙に挿入された取付治具４００の突出部４１１に設けられているリード線保持部４３０の側部壁面４３２間に挿入し、底部壁面４３１に配置する。各リード線１８は、自身の外径より細幅の側部壁面４３２が抜け防止として機能し、それぞれが配置された底部壁面４３１内にて保持される。従って、リード線１８は、突出部４１１に周囲を囲われて、外筒３の保護部３４、腕部３３および後端部３８との接触から保護される。
【００６５】
［配置工程］
前述したように、取付治具４００はＮＢＲからなるため、リード線保持部４３０の底部壁面４３１でリード線１８を保持しつつも、リード線１８に対し滑り性を有する。図１１に示すように、取付治具４００に一体に保持された外筒３をリード線１８の延伸方向にスライド移動させると、取付治具４００および外筒３はリード線１８に案内されて、グロメット９の後端側に達する。取付治具４００によって外筒３とリード線１８とが接触しないように互いの位置関係が位置決めされるので、このスライド移動の際に外筒３でリード線１８を擦ったり損傷させたりする虞がない。
【００６６】
取付治具４００および外筒３がグロメット９の後端側に達したとき、突出部４１１の基部４２０からの突出長さの規定に従い、外筒３の腕部３３がグロメット９の溝部９３の底面９４に接触するよりも先に、取付治具４００の先端面４１５がグロメット９の後端向き面９９に当接する。このとき、リード線１８に案内されて、取付治具４００のリード線保持部４３０の底部壁面４３１がグロメット９のリード線挿通孔９２に連結する配置となる。これにより、グロメット９に対し取付治具４００が位置決めされるため、各突出部４１１の側面４１２間は、グロメット９の各溝部９３に連結する配置となり、内面４１３の形成する通路は、グロメット９の大気連通孔９１に連結する配置となる。
【００６７】
［ずらし工程］
そして図１２に示すように、外筒３を軸線Ｏに沿って取付方向に押圧する。外筒３の保護部３４は、取付治具４００の突出部４１１の内面４１３に案内されて、グロメット９の大気連通孔９１へ向かい、腕部３３は、各突出部４１１の側面４１２間に案内されて、グロメット９の各溝部９３へ向かう。そして、腕部３３は、それぞれグロメット９の溝部９３内に収容され、保護部３４は、フィルタ部材８７の後端側にて大気連通孔９１の内周を軸線Ｏ方向に延ばした領域に配置されて、大気連通孔９１を塞ぐ。このとき、セパレータ８のフランジ部８１が外筒３に係合することで、腕部３３が溝部９３の底面９４に当接することなく、腕部３３は、溝部９３の底面９４と間隙Ｓを設けて配置されることとなる。なお、間隙Ｓは間隙Ｔ１よりも大きな距離を有している。これは、後工程にあるグロメット９が外筒３により加締め固定されることで、グロメット９が後端側に膨らむことを考慮している。
【００６８】
このように、外筒３が溝部９３の底面９４に接触するよりも先に取付治具４００がグロメット９に接触し、腕部３３や保護部３４をそれぞれ溝部９３や大気連通孔９１に案内する経路を形成した上で、外筒３がグロメット９へ係合される。このとき、保護部３４とフィルタ部材８７を離間させつつ、外筒３の腕部３３をグロメット９の溝部９３内に配置するように外筒３を押圧する。これにより、図１２にように、フィルタ部材８７をグロメット９に組付けた際に、フィルタ部材８７を溝部９３よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒３をグロメット９に外嵌する際に、外筒３の保護部３４がグロメット９に接触することを抑制でき、フィルタ部材８７に破損が生じることを抑制できる。
また、腕部３３が溝部９３の底面９４を押圧しながらセパレータ８とグロメット９と外筒３とを組み付けることがないので、グロメット９の溝部９３が腕部３３により収縮し、グロメット９における溝部９３と他の部位（例えば、後端向き面９９を形成する４箇所の部位）との収縮割合に差が生じ、グロメット９の溝部９３にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００６９】
その後の製造過程で取付治具４００が取り除かれ、外筒３とセパレータ８との間に保持金具８５が挿入されて、外筒３を加締めることで外筒３にセパレータ８が保持される。さらに、外筒３の後端部３８を加締め、グロメット９を外筒３に固定すると共に、外筒３の先端部３１を主体金具５の後端係合部５８に係合し、先端部３１の周囲を加締めると共に、レーザ溶接を施して、ガスセンサ１が完成する。
【００７０】
次に、本発明に係るガスセンサの第２の実施形態として、ガスセンサ２００をその一例に、図１３〜図１６を参照しながら説明する。図１３は、第２の実施形態のガスセンサ２００の構造を示す縦断面図である。図１４は、第２の実施形態の保護部材１００の斜視図である。図１５は、ガスセンサ２００を軸線Ｏ方向後端側（図１における上側）から見た図である。図１６は、図１５の１点鎖線で示す屈曲線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見たガスセンサ２００の後端側の部分拡大断面図である。
【００７１】
なお、第２の実施形態のガスセンサ２００は、第１の実施形態のガスセンサ１の外筒３に保護部３４、腕部３３が形成されたものではなく、図１４に示すように、保護部１１０、腕部１２０が設けられた保護部材１００を外筒１０３に機械接合されたものである。なお、ガスセンサ２００を構成する部品のうち、外筒１０３、保護部材１００以外の部品はガスセンサ１のものと同一のものが用いられている。従ってここでは外筒１０３、保護部材１００について説明し、その他の部位については説明を省略もしくは簡略化する。
【００７２】
図１３に示すように、主体金具５の後端係合部５８には、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなる筒状の外筒１０３の先端部１３１が係合されている。この先端部１３１は外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて、後端係合部５８に接合されている。外筒１０３は、軸線Ｏ方向に沿って後端側へ向けて延びており、検出素子６の後端部６６やそれよりも後端側に配置されるセパレータ８の外周を径方向に取り囲んでいる。セパレータ８の配置位置に相当する外筒１０３の外周面は径方向に加締められており、これにより、保持金具８５が、自身の内部にセパレータ８を保持しつつ、外筒１０３の内側にて加締め保持されている。
【００７３】
また、外筒１０３の後端側の開口１３２には、フッ素系ゴムからなるグロメット９が嵌合されている。このグロメット９は、外筒１０３の後端部１３８が外周側から径方向内側に加締められることで、外筒１０３に固定されている。なお、加締めによって形成された加締部１３５は、外筒１０３の外周面において径方向に凹んだ状態で周方向に一周する溝状をなしている。
【００７４】
次に、外筒１０３の後端側には、グロメット９の大気連通孔９１を覆い、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃からフィルタ部材８７を保護して破損を防止するための保護部材１００が組み付けられている。保護部材１００は、ＳＵＳ等のステンレス鋼の板材にプレス加工等を施し、図１４に示すように、キャップ状に形成したものである。
【００７５】
保護部材１００は、金属板を円形板状に加工した保護部１１０を有しており、その保護部１１０には、金属板を底面側（図１４における下側）から厚み方向に押し込むように陥没させ、金属板を貫通する開口１１６が形成された２つの陥没部１１５が設けられている。この保護部１１０の周縁には、径方向外側へ向けて四方に延びる板状をなす４本の腕部１２０が形成されている。
【００７６】
また、各腕部１２０の保護部１１０とは反対側の端部は、円環状の連結部１４０によって、それぞれが周方向に連結されている。そして連結部１４０の外周側の周縁は、保護部１１０の厚み方向に延びており、筒状をなす筒状部１５０が形成されている。筒状部１５０の内径は外筒１０３の後端部１３８の外径よりもやや大きく形成され、厚み方向の長さは、外筒１０３の後端から加締部１３５よりもさらに先端側に延びる大きさに形成されている。また、筒状部１５０には、厚み方向先端側が筒状部１５０に接続し、厚み方向後端側が内向きに押し込まれたコの字状の切欠部１５５が設けられている。切欠部１５５は、筒状部１５０の周方向に略等間隔となる６箇所に設けられている（６箇所とするのは一例であり、１箇所以上設ければ足りる。）。また、筒状部１５０の厚み方向先端側には、筒状部１５０を押し込んで内向きに突出させた突状部１５８が設けられている。突状部１５８は、切欠部１５５とは重ならず、周方向で略等間隔となる３箇所に設けられている（図３ではそのうちの２箇所を示している。）。なお、突状部１５８の形成箇所を３箇所とするのは一例であるが、保護部材１００を外筒１０３に取り付けた際のぐらつきを抑制する観点から、突状部１５８は３箇所以上設けることが好ましい。
【００７７】
このような構成の保護部材１００は、図１５、図１６に示すように、筒状部１５０を厚み方向先端側から外筒１０３の後端部１３８に被せ、フィルタ部材８７の後端側にて大気連通孔９１の後方側に保護部１１０を配置させ、この保護部１１０で大気連通孔９１を塞ぐようにして、ガスセンサ２００への取り付けが行われる。このとき、保護部材１００の腕部１２０は、それぞれグロメット９の溝部９３内に配置され、さらに、筒状部１５０は、外筒１０３の後端部１３８の外周面を取り囲むように配置される。筒状部１５０の突状部１５８は、外筒１０３の外周面のうち、加締部１３５の形成されていない部位の外周面に当接し、この突状部１５８によって、筒状部１５０が外筒１０３に対し径方向に位置決めされる。また、筒状部１５０の切欠部１５５のそれぞれが、外筒１０３の加締部１３５により形成された溝状の凹部内の壁面に当接する。また、保護部１１０の陥没部１１５は、グロメット９の後端向き面９９よりも先端側に配置されている（つまり、陥没部１１５は、グロメット９内に配置されている）。これにより、リード線１８が陥没部１１５に接触して損傷することを防止できる。
【００７８】
さらに、保護部材１００は、外筒１０３の後端側に筒状部１５０を外側から嵌め込み、加締部１３５に切欠部１５５を係止させる。このとき、保護部材１００の切欠部１５５はバネ性を有するため、外筒１０３の加締部１３５に対し付勢力をもって係合を維持することができる。さらに、突状部１５８により筒状部１５０の径方向の位置決めがなされるため、保護部材１００は、外筒１０３の後端側においてぐらつくことなく確実な機械接合をなすことができる。これにより、大気連通孔９１内に配置されるフィルタ部材８７の後端側にて大気連通孔９１の後方向に配置される保護部１１０は、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃を受けても、これら衝撃に対するフィルタ部材８７の保護を維持することができ、フィルタ部材８７の破損を確実に防止することができる。一方で、この保護部１１０で大気連通孔９１を塞ぐものの、保護部１１０の陥没部１１５に設けられた開口１１６によって、保護部１１０を介した大気連通孔９１内の通気性が確保できる。
【００７９】
さらに、図１６に示すように、４区画に分割されたグロメット９の後端向き面９９は、４本の腕部１２０間を抜けて、保護部材１００から後端側に突出し、腕部１２０は溝部９３内に配置される。この際、腕部１２０を溝部９３の底面９４と間隙Ｔ２を設けて配置している。これにより、グロメット９が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ２００の後端側に膨らんだとしても、グロメット９の溝部９３が腕部１２０に引っかかることが無い。その結果、グロメット９における溝部９３と他の部位（例えば、後端向き面９９を形成する４箇所の部位）との膨張割合に差が生じにくく、グロメット９の溝部９３にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００８０】
また、腕部１２０を溝部９３の底面９４と間隙Ｔ２を設けて配置しているので、グロメット９が外部から被水したときに、腕部１２０によって阻害されることなく水捌けを補助でき、大気連通孔９１の通気性能の低下をより抑制できる。
【００８１】
さらに、腕部１２０が、グロメット９の溝部９３内に配置できるため、保護部１１０や腕部１２０がガスセンサ２００の周方向に回転することを防止でき、リード線１８が保護部１１０や腕部１２０に接触し、損傷することを防止できる。
【００８２】
さらに、腕部１２０を複数有することで、１つの腕部１２０に捻りが加わった場合でも、他の腕部１２０により捻りを緩和するので、保護部１１０がグロメット９の大気連通孔９１を外筒１０３の後方側から確実に覆うことができる。そして腕部１２０を複数有する場合に、グロメット９に複数設けられた溝部９３内に腕部１２０のそれぞれが配置されることで、保護部１１０や腕部１２０がガスセンサの周方向に回転することを確実に防止でき、リード線１８が保護部１１０や腕部１２０に接触し、損傷することを確実に防止できる。
【００８３】
このように、保護部１１０と、腕部１２０と、外筒１０３の周囲を覆う筒状部１５０と、を有する保護部材１００を外筒１０３とは別部材として準備することで、容易に腕部１２０及び保護部１１０が外筒１０３と結合する構成を得ることができる。
【００８４】
次に、ガスセンサ２００の製造方法の一例を、以下の手順に説明する。
なお、第２の実施形態のガスセンサ２００の製造方法は、第１の実施形態のガスセンサ１の製造方法と同様に取付治具４００を用いて行われるが、第１の実施形態のように外筒１０３を取付治具４００で保持するのではなく、取付治具４００に保護部材１００を保持させて行われるものである。以下、第１の実施形態のガスセンサ１の製造方法と同様の製造方法については、説明を省略もしくは簡略化する。
【００８５】
まず、主体金具５に検出素子６を保持させると共に、プロテクタ４を溶接により接合した組立中間体が作製される。
一方、導電性の板材から作製した４つの接続端子１９のそれぞれにリード線１８の芯線を加締めて接合し、そのうちの２つの接続端子１９をヒータ７の電極７１に接続する。これら接続端子１９とヒータ７をセパレータ８内に収容すると共に、リード線１８をセパレータ８及びグロメット９に挿通する。そして、リード線１８が挿通されたセパレータ８及びグロメット９を外筒１０３内に配置する。
その後、外筒１０３とセパレータ８との間に保持金具８５を挿入して、外筒１０３を加締めることで外筒１０３にセパレータ８が保持される。さらに、外筒１０３の後端部１３８を加締め、グロメット９を外筒１０３に固定すると共に、外筒１０３の先端部１３１を主体金具５の後端係合部５８に係合し、先端部１３１の周囲を加締めると共に、レーザ溶接を施す。
【００８６】
次に、保持工程、リード線保持工程、配置工程、ずらし工程を順に行う。なお、第１の実施形態のガスセンサ１の製造方法では、保持工程では、取付部材４００を外筒３に一体に保持させ、配置工程では、取付部材４００が一体となった外筒３をグロメット９の後端側に達するように配置し、ずらし工程では、外筒３を軸線Ｏに沿って取付方向に押圧した。
これに対して、第２の実施形態のガスセンサ２００の製造方法では、保持工程では、取付部材４００を保護部材１００に一体に保持させ、配置工程では、取付部材４００が一体となった保護部材１００をグロメット９の後端側に達するように配置し、ずらし工程では、保護部材１００を軸線Ｏに沿って取付方向に押圧している。
そして、ガスセンサ２００が完成する。
【００８７】
次に、本発明に係るガスセンサの第３の実施形態として、ガスセンサ２０１をその一例に、図１７，図１８を参照して説明する。なお、第３の実施形態のガスセンサ２０１は、第１の実施形態のガスセンサ１の外筒３に設けた保護部３４（図１参照）とは形態の異なる被覆部２３４を、外筒２０３に設けたものである。つまり、ガスセンサ２０１を構成する部品のうち、外筒２０３以外の部品はガスセンサ１のものと同一のものが用いられている。したがって、ここでは外筒２０３の形態について説明し、その他の部位については説明を省略もしくは簡略化する。
【００８８】
図１７示すように、ガスセンサ２０１の外筒２０３は、第１の実施形態と同様、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を有底筒状に形成し、底部分を切り抜いて、腕部２３３および被覆部２３４を形成したものである。図１７，図１８に示すように、被覆部２３４は、グロメット９の大気連通孔９１とほぼ同じ大きさの外径を有する円形板状をなし、グロメット９の外周を取り囲む後端部２３８の開口端２３２から径方向内向きに延びる２本の腕部２３３に支えられている。そして被覆部２３４には、開口が設けられていない。
【００８９】
このような構成のガスセンサ２０１において、被覆部２３４は、大気連通孔９１に蓋をするように配置される。このため、図１８に示すように、ガスセンサ２０１を軸線Ｏに沿って後端側から見たとき、被覆部２３４に遮られ、フィルタ部材８７を視認することができない。これにより、フィルタ部材８７は草木との接触や飛石等の衝突などから保護され、外部からの衝撃による破損が防止される。
【００９０】
そして２本の腕部２３３は、グロメット９の４つの溝部９３のうち、２つの溝部９３内に配置される。図１７、図１８に示すように、溝部９３のうち、腕部２３３が配置されていない側の溝部９３（ここでは便宜上、溝部２９３とする。）では、被覆部２３４と溝部２９３との間に大気連通孔９１内へ通ずる間隙を生ずる。この間隙を介し、外部と大気連通孔９１内との通気（つまり外筒２０３の内部と外部との通気）が確保されている。もちろん、腕部２３３が配置された側の溝部９３においても、溝部９３と被覆部２３４との間に間隙Ｔ３を有するので、この間隙を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気は可能である。
【００９１】
さらに、腕部２３３を溝部９３の底面９４との間に間隙Ｔ３を設けて配置している。これにより、グロメット９が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ２０１の後端側に膨らんだとしても、グロメット０の溝部９３が腕部２３３に引っかかることが無い。その結果、グロメット９における溝部９３と他の部位との膨張割合に差が生じにくく、グロメット９の溝部９３にクラック（亀裂）が生じることを抑制できる。
【００９２】
また、腕部２３３を溝部９３の底面９４と間隙Ｔ３を設けて配置することで、グロメット９が外部から被水したときに、腕部２３３によって阻害されることなく水捌けを補助でき、大気連通孔９１の通気性能の低下をより抑制できる。
【００９３】
さらに、腕部２３３が、グロメット９の溝部９３内に配置できるため、被覆部２３４や腕部２３３がガスセンサ２０１の周方向に回転することを防止でき、リード線１８が被覆部２３４や腕部２３３に接触し、損傷することを防止できる。
【００９４】
尚、上記実施形態に示される構成は例示であり、各種の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第３の実施形態では、被覆部２３４と外筒３とが一部材にて形成された構成にて説明したが、これに限らず、例えば、第２の実施形態の保護部材１００に設けた保護部１１０の代わりに、第３の実施形態の被覆部を設けても良い。
【００９５】
また、第１〜第３の実施形態では、保護部３４、１１０、及び被覆部２３４支える腕部３３、１２０、２３３の数を４本又は２本としたが、１本の腕部で保護部、もしくは被覆部を支えてもよい。もちろん、腕部は３本でも５本でも、それ以上の本数を設けてもよい。また、グロメット９の溝部９３の数も、腕部の数に応じて増減させてもよいし、あるいは溝部９３の数が腕部の本数よりも多くてもよい。
【００９６】
また、第１〜第３の実施形態のガスセンサ１、２００，２０１のグロメット９の溝部９３に、以下のような凸部９６を設けても良い。なお、以下の説明は、第１の実施形態のガスセンサ１の変形例として説明するが、第２の実施形態のガスセンサ２００、第３の実施形態のガスセンサ２０１についても同様に適用できる。
具体的には、図１９に示すように、グロメット９の溝部９３の底面９４から後端側に向かって凸部９６がそれぞれ１箇所設けられている。この凸部９６は、外筒３の腕部３３に当接し、腕部３３と溝部９３の底面９４とが凸部９６の軸線方向長さの距離を保って、間隙Ｔ１が形成できるように設けられている。このように、グロメット９に凸部９６を設けることで、腕部３３と溝部９３の底面９４との間隙を容易に設けることができる。
【００９７】
また、第１、第２の実施形態では、保護部３４、１１０にそれぞれ突出部３５、及び陥没部１１５を設けたが、孔の形状については各種変更が可能である。なお、以下の説明も、第１の実施形態のガスセンサ１の変形例として説明するが、第２の実施形態のガスセンサ２００（保護部材１００）についても同様に適用できる。
例えば、図２０に示す外筒５１０のように、保護部５１１に、大きな開口５１３を設け、その開口５１３に、ワイヤー材を網目状に組んで形成したメッシュ部材５１２を取り付けてもよい。メッシュ部材５１２によってフィルタ部材８７を破損から保護しつつ、開口５１３を介した通気を確保することができる。
【００９８】
また、図２１に示す外筒５２０のように、保護部５２１に、複数の孔５２２を設けてもよい。孔５２２を介した通気を確保しつつ、孔５２２の内径を適宜設定し、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃を防ぐことができる大きさとすれば、十分に、フィルタ部材８７を破損から保護することができる。もちろん、孔５２２の数は適宜変更可能であり、孔数を増やすことで合計の開口面積を大きくすれば、通気部５２１において十分な通気性を確保することができる。
【００９９】
また、第２の実施形態では、保護部材１００を外筒１０３に機械接合としたが、これに限らず、外筒１０３の加締め部１３５にあわせて保護部材１００を加締めることにより、保護部材１００を外筒１０３に保持させても良い。
【０１００】
また、第１〜第３の実施形態のガスセンサ１、２００，２０１では、検出素子６が有底筒状にて構成されていたが、これに限らず、板状の検出素子であっても良い。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２００、２０１・・・ガスセンサ
１８・・・・・・・・・・リード線
３、１０３、２０３・・・外筒
３３、１２０、２３３・・腕部
３４、１１０・・・・・・保護部
３５・・・・・・・・・・突出部
４・・・・・・・・・・・プロテクタ
５・・・・・・・・・・・主体金具
６・・・・・・・・・・・検出素子
８・・・・・・・・・・・セパレータ
８１・・・・・・・・・・フランジ部
９・・・・・・・・・・・グロメット
９１・・・・・・・・・・大気連通孔
９２・・・・・・・・・・リード線挿通孔
９３・・・・・・・・・・溝部
９４・・・・・・・・・・底面
９５・・・・・・・・・・側面
１００・・・・・・・・・保護部材
１１５・・・・・・・・・陥没部
２３４・・・・・・・・・被覆部
４００・・・・・・・・・取付部材
【図１】
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【図２】
2011215095.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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