(57)【要約】      （修正有）【課題】加締め部のスプリングバックによる軸線方向の加締め力の低下を抑制し、シール性を向上させたガスセンサを提供する。【解決手段】自身の後端側に加締め部２０ａを有する筒状の主体金具と、主体金具内に保持されるセンサ素子と、加締め部に固定される他部材３１，３２とを少なくとも有するガスセンサにおいて、他部材は、加締め部に覆われ、加締め部は、径方向内側に曲げられて他部材を主体金具の軸線Ｏ方向に沿う中央側へ向かって押圧し、他部材の先端向き面または後端向き面の少なくとも一方に、軸線方向に高低差を有すると共に径方向に延び、軸線方向に弾性を有する凹部又は凸部３２ｕが形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の後端側に加締め部を有する筒状の主体金具と、軸線方向に延びて前記主体金具内に保持されるセンサ素子と、前記加締め部に固定される他部材とを少なくとも有するガスセンサにおいて、
前記他部材は、前記加締め部に覆われ、
前記加締め部は、径方向内側に曲げられて前記他部材を前記主体金具の前記軸線方向に沿う中央側へ向かって押圧し、
前記他部材の先端向き面または後端向き面の少なくとも一方に、前記軸線方向に高低差を有すると共に径方向に延び、前記軸線方向に弾性を有する凹部又は凸部が形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記他部材の周方向の断面において、前記凹部又は凸部が曲線で繋がっている請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記他部材は、前記加締め部に当接する当接面を有する第１部材と、前記第１部材に隣接する第２部材とで構成されてなり、前記第２部材には前記凹部又は凸部が形成され、前記当接面は平坦な形状である請求項１又は２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記第１部材の表面のビッカース硬度が、前記第２部材の表面のビッカース硬度よりも低い請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第１部材の厚みが、前記第２部材の厚みよりも薄い請求項３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に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサとして、軸線方向に延びるセンサ素子を、筒状の主体金具の内側に挿通して保持するものが知られている。このガスセンサは、以下のようにして製造される。まず、主体金具の内側にセンサ素子を挿通すると共に、充填部材及び筒状のセラミックスリーブを主体金具の後端部の内側に配置する。主体金具の後端側には加締め部が設けられており、この加締め部を、径方向内側に曲げつつ先端側へ向かって加締め金型によって押圧して加締める。これにより、加締め部によって先端側に押圧された金属リング及びセラミックスリーブを介して充填部材が先端側に圧縮され、主体金具とセンサ素子の隙間をシールするようになっている。
【０００３】
加締め部は、軸線方向に延びる筒状の部材（加締め素形部）を、加締め金型によって径方向内側に曲げることで形成される。このため、加締め荷重を解放すると、加締め素形部がスプリングバックにより後端側へ戻り、それに伴って金属リング及びセラミックスリーブを介して充填部材へ掛けられた荷重も軸線方向に若干解放され、主体金具とセンサ素子の隙間のシールが不十分となるおそれがある。一方、スプリングバックを低減するために加締め部の厚みを厚くし過ぎると、加締め時の曲げ加工が困難になったり、コストアップに繋がる。
このようなことから、加締め部の外表面に補強部（リブ）となる凹凸を形成し、スプリングバックを低減した技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２２２１５１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、加締め部に凹凸を形成する場合、特殊な加締め金型が必要になって作業が煩雑になる懸念がある。
従って、本発明は、加締め部のスプリングバックによる軸線方向の加締め力の低下を抑制し、シール性を向上させたガスセンサの提供を目的とする。
【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、自身の後端側に加締め部を有する筒状の主体金具と、軸線方向に延びて前記主体金具内に保持されるセンサ素子と、前記加締め部に固定される他部材とを少なくとも有するガスセンサにおいて、前記他部材は、前記加締め部に覆われ、前記加締め部は、径方向内側に曲げられて前記他部材を前記主体金具の前記軸線方向に沿う中央側へ向かって押圧し、前記他部材の先端向き面または後端向き面の少なくとも一方に、前記軸線方向に高低差を有すると共に径方向に延び、前記軸線方向に弾性を有する凹部又は凸部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このガスセンサによれば、加締め部の加締め荷重により、他部材が軸線方向に圧縮力を受けて収縮した後、加締め荷重を解放して加締め部がスプリングバックにより後端側へ戻ったとき、圧縮力を受けて収縮した他部材が解放されて軸線方向に弾性的に膨らむ。そして、この膨張による押圧力がスプリングバックによる加締め力の低下を補うので、加締め力の低下を抑制し、シール性を向上させることができる。
【０００８】
本発明のガスセンサにおいて、前記他部材の周方向の断面において、前記凹部又は凸部が曲線で繋がっていてもよい。
このガスセンサによれば、凹部又は凸部が曲線で滑らかに繋がるので、加締め部の加締め荷重をより受けて弾性的に収縮し易くなる。
【０００９】
本発明のガスセンサにおいて、前記他部材は、前記加締め部に当接する当接面を有する第１部材と、前記第１部材に隣接する第２部材とで構成されてなり、前記第２部材には前記凹部又は凸部が形成され、前記当接面は平坦な形状であってもよい。
このガスセンサによれば、第１部材の平坦な当接面に加締め部を当接させることで、第１部材と加締め部との密着性が（第２部材の凹部又は凸部と当接する場合に比べ）向上し、加締め力が他部材側へ均等に加わる。
【００１０】
本発明のガスセンサにおいて、前記第１部材の表面のビッカース硬度が、前記第２部材の表面のビッカース硬度よりも低くてもよい。
このガスセンサによれば、第１部材が第２部材よりも柔らかくなり、第１部材と加締め部との密着性がさらに向上する。
【００１１】
本発明のガスセンサにおいて、前記第１部材の厚みが、前記第２部材の厚みよりも薄くてもよい。
このガスセンサによれば、第１部材が第２部材よりも柔らかくなり、第１部材と加締め部との密着性がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、加締め部のスプリングバックによる軸線方向の加締め力の低下を抑制し、シール性を向上させたガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサを軸線方向に沿う面で切断した断面図である。
【図２】図１の加締め部周辺の部分拡大図である。
【図３】他部材の第１部材と第２部材とを示す分解斜視図である。
【図４】図３のＣ線に沿った断面において、他部材に働く力を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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ガスセンサ１００を、軸線Ｏ方向に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ１００は自動車の排気管内に挿入されて先端が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。センサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。
なお、図１の下側をガスセンサ１００の先端側とし、図１の上側をガスセンサ１００の後端側とする。
【００１５】
ガスセンサ１００は、先端が閉じた略円筒状(中空軸状)のセンサ素子（この例では酸素センサ素子）３を、筒状の主体金具２０の内側に挿通して保持するよう組み付けられている。センサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する筒状の固体電解質体と、固体電解質体の内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極及び外側電極（図示せず）とからなる。又、センサ素子３の中空部には丸棒状のヒータ１５が挿入され、固体電解質体を活性化温度に昇温するようになっている。
主体金具２０の後端部には、センサ素子３の後端側に設けられたリード線や端子（後述）を保持し、センサ素子３の後端部を覆う筒状の外筒４０が接合されている。さらに、センサ素子３の後端側の外筒４０の内側には、絶縁性で円柱状のセパレータ１２１が加締め固定されている。一方、センサ素子３先端の検出部はプロテクタ７で覆われている。そして、このようにして製造されたガスセンサ１００の主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを排気管等のネジ孔に取付けることで、センサ素子３先端の検出部を排気管内に露出させて被検出ガス（排気ガス）を検知している。なお、主体金具２０の中央付近には、六角レンチ等を係合するための多角形の鍔部２０ｃが設けられ、鍔部２０ｃと雄ねじ部２０ｄとの間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット１４が嵌挿されている。
【００１６】
センサ素子３の中央側に鍔部３ａが設けられ、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径する段部が設けられている。又、段部の後端向き面にワッシャ１２を介して筒状のセラミックホルダ５が配置されている。そして、センサ素子３が主体金具２０及びセラミックホルダ５の内側に挿通され、セラミックホルダ５に後端側からワッシャ１３を介してセンサ素子３の鍔部３ａが当接している。
さらに、鍔部３ａの後端側におけるセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状の滑石粉末６、及び筒状のセラミックスリーブ１０が配置されている。そして、セラミックスリーブ１０の後端側に、２枚の金属リング３１、３２からなる他部材３０を配置し、主体金具２０の後端部を内側に屈曲して加締め部２０ａを形成することにより、セラミックスリーブ１０が先端側に押し付けられる。これにより滑石粉末６を押し潰し、セラミックスリーブ１０及び滑石粉末６が加締め固定されるとともに、センサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされている。
【００１７】
センサ素子３の後端側に配置されたセパレータ１２１には、挿通孔（この例では４個）が設けられ、そのうち２個の挿通孔にそれぞれ内側端子金具７１、外側端子金具９１の板状基部７４、９４が挿入されて固定されている。各板状基部７４、９４の後端にはそれぞれコネクタ部７５、９５が形成され、コネクタ部７５、９５にそれぞれリード線４１、４１が加締め接続されている。又、セパレータ１２１の図示しない２個の挿通孔（ヒータリード孔）に、ヒータ１５から引き出されたヒータリード線４３（図１では１個のみ図示）が挿通されている。
セパレータ１２１の後端側の外筒４０内側には筒状のグロメット１３１が加締め固定され、グロメット１３１の４個の挿通孔からそれぞれ２個のリード線４１、及び２個のヒータリード線４３が外部に引き出されている。
なお、グロメット１３１の中心には貫通孔１３１ａが形成され、センサ素子３の内部空間に連通している。そして、グロメット１３１の貫通孔１３１ａに撥水性の通気フィルタ１４０が介装され、外部の水を通さずにセンサ素子３の内部空間に基準ガス（大気）を導入するようになっている。
【００１８】
一方、主体金具２０の先端側には筒状のプロテクタ７が外嵌され、主体金具２０から突出するセンサ素子３の先端側がプロテクタ７で覆われている。プロテクタ７は、複数の孔部（図示せず）を有する有底筒状で金属製（例えば、ステンレスなど）の外側プロテクタ７ｂおよび内側プロテクタ７ａを、溶接等によって二重に取り付けて構成されている。
【００１９】
図２は、図１の加締め部２０ａ周辺の部分拡大図、図３は他部材３０の金属リング３１、３２を示す分解斜視図である。
加締め部２０ａは、径方向内側に曲げられて他部材３０を主体金具２０の軸線Ｏ方向に沿う中央側へ向かって押圧している。
他部材３０は、２枚の金属リング３１、３２からなり、このうち金属リング３１が加締め部２０ａ側に配置され、金属リング３２が金属リング３１とセラミックスリーブ１０との間に配置されている。
【００２０】
図３に示すように、金属リング３１は、加締め部２０ａに当接する平坦な当接面３１ｆを有する。一方、金属リング３２は、軸線Ｏ方向に高低差を有すると共に径方向に延びる凹凸３２ｕを有している。凹凸３２ｕは軸線Ｏ方向に高低差を有するため、軸線Ｏ方向に弾性を有する。
本実施形態では、凹凸３２ｕは、金属リング３２の両面（先端向き面および後端向き面）に、かつ周方向の全周にわたって形成されている。なお、凹凸３２ｕは、凹部と凸部が周方向に交互に形成され、凹部と凸部の曲率を同じにした波形状になっている。又、凹凸３２ｕは金属リング３２の両面でそれぞれ相補的な形状（例えば、先端向き面の凹部に対し、対向する後端向き面の高低差の位置が逆になっている凸部）をなしている。又、径方向とは、金属リング３２の中心から外縁へ向かう方向である。
金属リング３１、３２がそれぞれ特許請求の範囲の「第１部材」、「第２部材」に相当する。
【００２１】
次に、図４を参照し、他部材３０による作用について説明する。図４は、図３のＣ線に沿った断面において、他部材３０に働く力を示す模式断面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、セラミックスリーブ１０の後端側に、２枚の金属リング３１、３２からなる他部材３０を配置し、加締め金型によって主体金具２０の後端部を内側に屈曲して加締め部２０ａを形成する。これにより、加締め部２０ａの加締め荷重Ｆ１が他部材３０及びセラミックスリーブ１０を先端側へ向かって押圧する。このとき、金属リング３２が凹凸３２ｕにより軸線Ｏ方向に弾性を有するため、金属リング３２は加締め荷重Ｆ１によって軸線Ｏ方向に圧縮力Ｆ２を受けて収縮する。
【００２２】
その後、加締め金型を外して加締め荷重を解放すると、図４（ｂ）に示すように、加締め部２０ａがスプリングバックＦ３により後端側へ戻る。このとき、圧縮力Ｆ２を受けて収縮した金属リング３２が解放されて軸線Ｏ方向に弾性的に膨らみ、この膨張による押圧力Ｆ４がセラミックスリーブ１０、ひいては滑石粉末６を先端側へ向かって押圧する。これにより、スプリングバックＦ３による加締め力の低下を押圧力Ｆ４が補い、シール性を向上させることができる。
【００２３】
又、上述のように、本実施形態では、他部材３０が金属リング３１、３２の２つの部材で構成されている。これにより、押圧力Ｆ４自体は、凹凸３２ｕを有する金属リング３２で生じさせる一方、金属リング３１の平坦な当接面３１ｆに加締め部２０ａを当接させることで、金属リング３１と加締め部２０ａとの密着性が（凹凸３２ｕと当接する場合に比べ）向上し、加締め力が他部材３０側へ均等に加わるので好ましい。
なお、このとき、金属リング３１のうち、金属リング３２に向く面は、加締め力によって凹凸３２ｕが転写された相補的な凹凸状に多少なっても構わない。
【００２４】
さらに、金属リング３１の表面のビッカース硬度が、金属リング３２の表面のビッカース硬度よりも低いと、金属リング３１が金属リング３２よりも柔らかくなり、金属リング３１と加締め部２０ａとの密着性がさらに向上するので好ましい。
なお、ビッカース硬度は、マイクロビッカース硬度計又は、通常のビッカース硬度計で測定できる。
同様に、金属リング３１の厚みｔ１（図３参照）が、金属リング３２の厚みｔ２よりも薄くても、金属リング３１が金属リング３２よりも柔らかくなり、金属リング３１と加締め部２０ａとの密着性がさらに向上するので好ましい。
【００２５】
金属リング３１、３２の材質としては、硬度の異なるステンレス鋼であるＳＵＳＵ３０４，及びＳＵＳ６３０Ｈをそれぞれ用いることができる。
【００２６】
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。
本発明は、自動車や各種内燃機関の排ガス中や、ボイラ等の燃焼ガス中の酸素濃度を測定する全領域空燃比センサ等の酸素センサに適用することができるが、これらの用途に限られない。例えば、ＮＯｘガス濃度検出用ガスセンサや、ＮＯX以外のガス（例えばＣＯXやＨ2Ｏ、ＨＣなど）の濃度を測定するためのセンサ素子を有するガスセンサに対して適用することもできる。
又、筒型に限らず板状のセンサ素子に対して本発明を適用することもできる。
【００２７】
又、凹凸３２ｕとしては、必ずしも凹部と凸部の両方を備えなくてもよく、凹部または凸部のいずれか一方が形成されていてもよい。また、これら凹部または凸部は、他部材の先端向き面または後端向き面の少なくとも一方に形成されていればよい。
又、凹凸３２ｕは、他部材の周方向の全周に形成されていることが好ましいが、周方向の一部に形成されていてもよい。
凹凸３２ｕの形状も上記に限定されない。
【符号の説明】
【００２８】
３    センサ素子
２０    主体金具
２０ａ    加締め部
３０    他部材
３１    第１部材（金属リング）
３１ｆ    当接面
３２    第２部材（金属リング）
３２ｕ    凹部又は凸部
１００    ガスセンサ
Ｏ      軸線
【図１】
2019045368.tif 000003
【図２】
2019045368.tif 000004
【図３】
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【図４】
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