(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成により小型化が容易で耐久性に優れたガスセンサを提供する。【解決手段】端子金具１が、ガスセンサ素子の基端側から露出する断熱層形成用筒状部１５と、固体電解質体３００の長手軸に垂直な平面部３４に当接する素子側当接部１４と、グロメット底面４０に当接する基端側当接部１６と、基準電極層３２０との導通を図る導通部１２と、信号線芯線２０を圧着固定する圧着部１０と、を具備して、グロメット４とガスセンサ素子との間を離隔しつつ、通気孔５２に連通する断熱空間を設ける。【選択図】図１
2015099110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
特定イオンに対して伝導性を有する有底筒状の固体電解質体（３００）と、該固体電解質体の外周表面（３０１）に形成され、被測定ガス（９１）に接する測定電極層（３１０）と、前記固体電解質体の内周表面（３２１）に形成され、基準ガスとして導入した大気に接する基準電極層（３２０）とからなる検出部（３０）を具備して、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子（３）と、
該ガスセンサ素子と外部との接続を図る信号線（２）と、
前記ガスセンサ素子と前記信号線との接続を図る端子金具（１、１ａ〜１ｈ）と、前記ガスセンサ素子を収容し、前記検出部を被測定ガス（９１）中に配設・固定するハウジング（７）と、
前記ガスセンサ素子の基端側を前記端子金具と共に覆いつつ、内側に大気を導入する通気孔（５２）を備えた筒状のケーシング（５）と、
該ケーシングの基端側を気密に封止しつつ、前記端子金具に接続された前記信号線を保持するグロメット（４）と、
前記通気孔に対向して設けられ、気体の透過は許容し液体の透過は阻止する多孔質繊維構造体からなる撥水フィルタ（６１）と、を具備し、
被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサであって、
前記端子金具が、筒状に形成され、前記ガスセンサ素子の基端側から所定の長さで露出する断熱層形成用筒状部（１５、１５ｂ〜１５ｇ）と、
該断熱層形成用筒状部の先端側において前記固体電解質体の長手軸に垂直な平面部（３４、３４ｃ）に当接する素子側当接部（１４、１４ｃ、１４ｅ）、若しくは、垂直成分を含む傾斜部（３４ｄ）に当接する素子側傾斜当接部（１４ｄ）と、
前記断熱層形成用筒状部の基端側において前記グロメットの底面（４０）に当接する基端側当接部（１６、１６ｃ）と、
前記基準電極層と弾性的に当接して、導通を図る導通部（１２、１２ｂ〜１２ｅ、１２ｈ）と、
前記信号線の芯線（２０）を圧着固定する圧着部（１０、１０ｇ、１０ｈ）と、を具備して、
前記グロメット（４）と前記ガスセンサ素子（３）との間を離隔しつつ、前記通気孔（５２）に連通する断熱空間（ＳＰＴＩ）を設けたことを特徴とするガスセンサ（８、８ａ〜８ｉ）
【請求項２】
前記端子金具において、前記断熱層形成用筒状部を、前記固体電解質体の内周径よりも径大となる一部切り欠き筒状に形成すると共に、前記固体電解質体の基端側端面を前記平面部として、前記素子側当接部を当接せしめた請求項１に記載のガスセンサ
【請求項３】
前記ガスセンサ素子が、前記固体電解質体の基端側に設けた信号取出部において、前記平面部として、内周面を先端側が径小となり基端側が径大となるように、段階的に径変せしめた段差部を設け、
前記端子金具の前記断熱層形成用筒状部の一部を、前記導通部として、前記固体電解質体の内側に圧入すると共に、前記導通部が、前記内周面を内側から径方向に弾性的に押圧して前記基準電極層との導通を図りつつ、前記素子側当接部が、前記段差部に当接して軸方向に押圧する請求項１に記載のガスセンサ
【請求項４】
前記ガスセンサ素子が、前記固体電解質体の基端側に設けた信号取出部の開口端において、基端側に向かって徐々に径大となるように径変する傾斜面を具備すると共に、
前記端子金具の前記断熱層形成用筒状部と前記導通部との間に、前記素子側傾斜当接部を設け、
前記素子側傾斜当接部を、前記傾斜面に当接せしめた請求項１に記載のガスセンサ
【請求項５】
前記ガスセンサ素子が、固体電解質体の内周表面に形成した基準電極層を、固体電解質体の基端側に形成した信号取出部において、固体電解質体の外周面まで延設すると共に、
前記端子金具の前記断熱層形成用筒状部の一部を、前記導通部として、前記固体電解質体の外周面に嵌着せしめて、
前記導通部が、前記外周面を外側から径方向に弾性的に押圧して前記基準電極層との導通を図りつつ、前記信号引き出し部の外周に設けた段差部を前記平面部として、前記素子側当接部を当接せしめた請求項１に記載のガスセンサ
【請求項６】
前記端子金具の前記導通部の先端側に、前記固体電解質体の内径を縮径した径変部において前記基準電極層に当接する第２の導通部を設けた請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項７】
前記端子金具の前記断熱層形成用筒状部の前記基端側当接部を径方向に張り出す鍔状に形成した請求項１ないし６のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項８】
前記圧着部を、前記端子金具の導通部よりも先端側に配設した請求項１ないし７のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項９】
前記圧着部を前記断熱層形成用筒状部よりも基端側に配設した請求項１ないし７のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項１０】
前記圧着部を、前記断熱層形成用筒状部と前記導通部との間に配設した請求項１ないし７のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項１１】
前記ケーシングと前記ガスセンサ素子の信号引き出し部との間に、前記撥水フィルタの先端側と前記筒状弾性部材とを介装し、前記信号引き出し部の外周面を背にして前記ケーシングの中径部を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部を設けて固定するに際し、前記筒状弾性部材を前記撥水フィルタよりも、内側に配設した請求項１ないし１０のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項１２】
前記ケーシングと前記ガスセンサ素子の信号引き出し部との間に、前記撥水フィルタの先端側と前記筒状弾性部材とを介装し、前記信号引き出し部の外周面を背にして前記ケーシングの中径部を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部を設けて固定するに際し、前記撥水フィルタを前記筒状弾性部材よりも、内側に配設した請求項１ないし１０のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項１３】
前記ケーシングの大径部を前記ハウジングのボス部に嵌着し、溶接部を設けて気密に封止した請求項１ないし１２のいずれかに記載のガスセンサ
【請求項１４】
前記ケーシングの中径部の先端に、径方向に向かってハット型に広がる鍔部を設けて、封止部材と共に、前記ハウジングのかしめ部によってかしめ固定した請求項１ないし１２のいずれか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、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に、燃焼排気中に含まれる酸素等の特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサを配設して、検知された特定ガス成分の濃度によって空燃比制御や排気処理触媒の温度制御等を行っている。
【０００３】
このようなガスセンサとして、ジルコニア等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質材料を有底筒状に形成した固体電解質基体と、その外周面側において被測定ガスに接する測定電極層と、その内周面側において基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層とからなるいわゆるコップ型の検出素子を具備し、被測定ガス中の酸素濃度と基準ガス中の酸素濃度との差によって両電極間に発生する電位差を検出して被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサや、燃焼排気中の特定ガス成分の濃度から内燃機関に導入される混合気の空燃比を検出する空燃比センサや、水素イオン導電性固体電解質体を用いて被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサ等が広く用いられている。
【０００４】
近年、このようなガスセンサを、自動二輪車用のエンジンにも採用するようになっている。
自動二輪車エンジンにおいては、ガスセンサを搭載するスペースが限られており、被測定ガスとなる燃焼排気の温度の高い位置に配設して、固体電解質体の活性化のためのヒータを用いることなく、排熱を利用する構造とすることで、製造コストの削減と、小型化との両立を図っている。
このため、乗用車用のガスセンサ以上に激しい冷熱ストレスに晒される上に、外部からの激しい振動や、被水等の過酷な環境で使用され、小型化並びに、耐振動性、耐久性の向上に対する要求が高い。
【０００５】
特許文献１には、筒状の検出素子と、検出素子を保持する主体金具と、検出素子と電気的に接続する端子金具と、端子金具からのびで電流経路を形成するリード線とリード線が挿通されるセパレータと、セパレータの周囲を取り囲む内筒と、内筒の筒孔内に配置されてリード線が挿通されるグロメットと、内径の径方向外側に配置されるフィルタと、内筒との間にフィルタを介在させる外筒とを備え、セパレータが検出素子とグロメットとにより挟持されたガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０４８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１にあるような従来のガスセンサでは、セパレータとして、アルミナ等の比較的熱伝導率の高いセラミック絶縁体が用いられている。
このため、数百℃以上の被測定ガスに晒されるガスセンサの先端に設けた検出部から、セパレータを熱伝導体として、グロメットが加熱されることになる。
特に、特許文献１のように、セパレータを検出素子とグロメットとで挟持する構造においては、グロメットの底面が広い範囲でセパレータと接触しており、セパレータから受ける熱量が多くなり、グロメットの熱劣化を招くおそれがある。
【０００８】
熱劣化により、グロメットの弾性が失われると、端子金具の保持力が低下し、端子金具と検出素子との間に間隙が生まれる。
このような状態で、外部からの振動が加わると、端子金具と検出素子との導通が瞬断され易くなり、端子金具の導通信頼性の低下を招くことになる。
また、従来のガスセンサでは、セパレータを長くして、熱源からの距離を遠ざけることで、グロメットの熱劣化を抑制することが可能であるが、ガスセンサの小型化を阻害する要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、小型化を図りつつ、グロメットの熱劣化を抑制し、しかも、外部からの振動に対しても、端子金具と検出素子との導通信頼性が損なわれることのない優れ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】
【００１０】
本発明のガスセンサ（８、８ａ〜８ｉ）は、少なくとも、特定イオンに対して伝導性を有する有底筒状の固体電解質体（３００）と、該固体電解質体の外周表面（３０１）に形成され、被測定ガス（９１）に接する測定電極層（３１０）と、前記固体電解質体の内周表面（３２１）に形成され、基準ガスとして導入した大気に接する基準電極層（３２０）とからなる検出部（３０）を具備して、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子（３、３ｃ、３ｄ、３ｅ）と、該ガスセンサ素子と外部との接続を図る信号線（２）と、前記ガスセンサ素子と前記信号線との接続を図る端子金具（１、１ａ〜１ｈ）と、前記ガスセンサ素子を収容し、前記検出部を被測定ガス中に配設・固定するハウジング（７）と、前記ガスセンサ素子の基端側を前記端子金具と共に覆いつつ、内側に大気を導入する通気孔（５２）を備えた筒状のケーシング（５）と、該ケーシングの基端側を気密に封止しつつ、前記端子金具に接続された前記信号線を保持するグロメット（４）と、前記通気孔に対向して設けられ、気体の透過は許容し液体の透過は阻止する多孔質繊維構造体からなる撥水フィルタ（６１）と、を具備し、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサであって、前記端子金具が、筒状に形成され、前記ガスセンサ素子の基端側から所定の長さで露出する断熱層形成用筒状部（１５、１５ｂ〜１５ｅ、１５ｇ）と、該断熱層形成用筒状部の先端側において前記固体電解質体の長手軸に垂直な平面部（３４、３４ｃ）に当接する素子側当接部（１４、１４ｃ、１４ｅ）、若しくは、垂直成分を含む傾斜部（３４ｄ）に当接する素子側傾斜当接部（１４ｄ）と、前記断熱層形成用筒状部の基端側において前記グロメットの底面（４０）に当接する基端側当接部（１６、１６ｃ）と、前記基準電極層と弾性的に当接して、導通を図る導通部（１２、１２ｂ〜１２ｅ、１２ｈ）と、前記信号線の芯線（２０）を圧着固定する圧着部（１０、１０ｇ、１０ｈ）と、を具備して、前記グロメットと前記ガスセンサ素子との間を離隔しつつ、前記通気孔に連通する断熱空間（ＳＰＴＩ）を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、前記断熱層形成用筒状部によって、前記ガスセンサ素子と、前記グロメットとの間に断熱空間が形成され、その断熱空間内には断熱性の高い大気層が存在し、さらに、その大気が前記通気孔を介して、外部の大気と容易に交換される。  
さらに、被測定ガスの高い温度によって、固体電解質体を活性化して特定ガス成分の検出を図る簡易な構造のガスセンサであっても、前記断熱空間によって、前記グロメットの底面への熱伝導が遮断され高温に晒される虞もない。
このため、従来のように、アルミナ等の熱伝導性の高い絶縁体が熱媒体となって、グロメットの底面が直接的に加熱され、熱劣化を起こすというような問題が発生しない。
【００１２】
加えて、前記断熱空間は、前記ケーシングと前記端子金具との間の電気絶縁層としても機能するので、端子金具を保持するための絶縁体を廃止することができ、センサ全体の体格を小さくすることもできる。
前記端子金具の前記断熱層形成用筒状部が前記ガスセンサ素子と前記グロメットとによって弾性的に挟持されているので、外部からの振動に対しても、端子金具と検出素子との導通信頼性が損なわれることもなく、高い導通信頼性も発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ８の全体概要を示す縦断面図
【図２Ａ】図１のガスセンサ８の要部である端子金具１の概要を示す斜視図
【図２Ｂ】図２Ａの端子金具１の半断面図
【図２Ｃ】図２Ｂ中Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅに沿った断面を重ねて表した断面図
【図２Ｄ】図２Ｂ中Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅに沿った断面の変形例１ａを示す断面図
【図３】図１のガスセンサ８の効果を説明するための要部断面図
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態における端子金具１ｂの概要を示す斜視図
【図４Ｂ】図４Ａの端子金具１ｂの半断面図
【図４Ｃ】本発明に第２の実施形態におけるガスセンサ８ｂの効果を説明するための要部断面図
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態における端子金具１ｃの概要を示す斜視図
【図５Ｂ】図５Ａの端子金具１ｃの半断面図
【図５Ｃ】端子金具１ｄとセンサ素子３ｄとの関係を示す要部拡大断面図
【図５Ｄ】本発明に第３の実施形態におけるガスセンサ８ｃの効果を説明するための要部断面図
【図６Ａ】本発明の第４の実施形態における端子金具１ｄの概要を示す斜視図
【図６Ｂ】図６Ａの端子金具１ｄの半断面図
【図６Ｃ】端子金具１ｄとセンサ素子３ｄとの関係を示す要部拡大断面図
【図６Ｄ】本発明に第４の実施形態におけるガスセンサ８ｄの効果を説明するための要部断面図
【図７Ａ】本発明の第５の実施形態における端子金具１ｅの概要を示す斜視図
【図７Ｂ】図７Ａの端子金具１ｅの半断面図
【図７Ｃ】端子金具１ｅとセンサ素子３ｅとの関係を示す要部拡大断面図
【図７Ｄ】本発明に第５の実施形態におけるガスセンサ８ｅの効果を説明するための要部断面図
【図８Ａ】本発明の第６の実施形態における端子金具１ｆの概要を示す斜視図
【図８Ｂ】図８Ａの端子金具１ｆの半断面図
【図８Ｃ】本発明に第６の実施形態におけるガスセンサ８ｆの効果を説明するための要部断面図
【図９Ａ】本発明の第７の実施形態における端子金具１ｇの概要を示す斜視図
【図９Ｂ】図９Ａの端子金具１ｇの半断面図
【図９Ｃ】本発明に第７の実施形態におけるガスセンサ８ｇの効果を説明するための要部断面図
【図１０Ａ】本発明の第８の実施形態における端子金具１ｈの概要を示す斜視図
【図１０Ｂ】図１０Ａの端子金具１ｈの半断面図
【図１０Ｃ】本発明に第８の実施形態におけるガスセンサ８ｈの効果を説明するための要部断面図
【図１１】本発明の第９の実施形態におけるガスセンサ８ｉの概要を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図３を参照して、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ８の概要について説明する。
なお、以下の説明において、ガスセンサ８の被測定ガスに露出する側を先端側とし、信号線２を外部に引き出す側を基端側と称する。
本発明のガスセンサ８は、自動車エンジン、自動二輪車エンジン等の内燃機関の燃焼排気等を被測定ガス９１とし、内燃機関の排気筒に近い位置において、被測定ガス流路９０に固定され、被測定ガス９１の高い温度を利用して固体電解質体を活性化して、被測定ガス中の特定成分を検出する、いわゆるヒータレスタイプのガスセンサである。
なお、本発明の理解を容易にするため、以下の説明においては、ジルコニア等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質材料を用いた酸素センサを例に説明するが、本発明において、検出対象を限定するものではなく、検出対象に応じて、ガスセンサ素子３を構成する固体電解質材料としてプロトン伝導体等を用いたり、酸素濃度だけでなく、空燃比、ＮＯｘ、アンモニア等の検出に利用したりすることも可能である。
【００１５】
本実施形態におけるガスセンサ８は、少なくとも、端子金具１と、信号線２と、ガスセンサ素子３と、グロメット４と、ケーシング５と、ハウジング７とを含んで構成されている。
ガスセンサ素子３は、いわゆるコップ型の素子となっており、特定イオンに対して伝導性を有する固体電解質材料を一端が閉塞し他端が開口する有底筒状に形成した固体電解質体３００と、その外周表面３０１に形成され、被測定ガス９１に接する測定電極層３１０と、固体電解質体３００の内周表面３２１に形成され、基準ガスとして基準ガス空間３２内に導入した大気に接する基準電極層３２０とからなる検出部３０を具備する。
【００１６】
測定電極層３１０、基準電極層３２０は、それぞれ、白金、又は、白金合金からなる公知の多孔質電極によって形成されている。
固体電解質体３０の内側には基準ガスとして大気が導入される基準ガス室３２が区画されている。
検出部３０の基端側で固体電解質体３００の中腹には、外周側に向かって径大となるように拡径した大径部３１が形成されている。
さらに大径部３１の基端側には、筒状に形成され、外部との接続を図るための信号取出部３３が形成されている。
【００１７】
基準電極層３２０は、端子金具１によって外部に接続する信号線２と接続されている。
測定電極層３１０は、ハウジング７を介して、被測定流路９０に電気的に接続され、接地状態となっている。
ガスセンサ８は、端子金具１と、信号線２と、ガスセンサ素子３と、グロメット４と、ケーシング５と、６と、ハウジング７とによって構成されている。
【００１８】
本発明の要部である端子金具１は、耐熱性、電気伝導性、弾性に優れたステンレス等が用いられている。
信号線２は、ガスセンサ素子３と外部との接続を図っている。端子金具１は、ガスセンサ素子３と信号線２との接続を図っている。
【００１９】
本実施形態における端子金具１は、信号線２の芯線２０を圧着固定する圧着部１０と、基準電極層３２０との導通を図る導通部１２と、グロメット４の底面４０とガスセンサ素子３との間に断熱空間ＳＰＴＩを形成するための断熱層形成用筒状部１５とこれらを連結する連結部１１、１３とによって構成されている。
断熱層形成用筒状部１５は、固体電解質体３００の内周面３２１の内径よりも径大で、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる一部切り欠き筒状に形成されている。
断熱層形成用筒状部１５は、端子金具１を固体電解質体３００に装着したときにガスセンサ素子３の基端側から所定の長さで露出するように形成されている。
【００２０】
素子側当接部１４は、断熱層形成用筒状部１５の先端側において固体電解質体３００の長手軸に垂直な平面部３４に当接するように形成されている。
本実施形態においては、固電解質体３００の基端側端面を変面部３４としている。
【００２１】
基端側当接部１６は、断熱層形成用筒状部１５の基端側においてグロメット４の底面４０に当接するように形成されている。
また本実施形態における基端側当接部１６は、径方向に張り出す鍔状に形成されている。鍔状とすることで、グロメット４の底面４０を押圧する圧力を分散させ、グロメット４に局所的な圧力が作用して亀裂を生じるのを防ぐことができる。
【００２２】
導通部１２は、固体電解質体３００の内周面３２１の内径よりも僅かに大きい径で、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる一部切り欠き筒状に形成されている。
導通部１２は、外径方向に付勢されているので、導通部１２を縮径しながら固体電解質体３００に装着したとき、基準電極層３２０と弾性的に当接して、導通を図ることでできるようになっている。
【００２３】
また、本実施形態においては、導通１２の一部が先端先細りとなるように、テーパ部１７が設けてある。
テーパ部１７を形成することによって、端子金具１を固体電解質体３００に装着する際に、テーパ部１７の先端が挿入ガイドとして機能し、縮径しながら固体電解質体３００の内周面３２１内にスムーズに挿入することができる。
圧着部１０は、信号線２の芯線２０を圧着固定するものである。
本実施形態において圧着部１０は、導通部１２の先端側に設けられており、ガスセンサ素子３から露出する端子金具１の体格を小さくし、ガスセンサ８の小型化を図ることができる。
【００２４】
断熱層形成用筒状部１５は、端子金具１を固体電解質体３００に装着したときに、固体電解質体３００の基端側から露出し、グロメット４とガスセンサ素子３との間を離隔しつつ、通気孔５２に連通する断熱空間ＳＰＴＩを形成する。
なお、連結部１１、１３に傾斜を設けることで、図２Ｃに示すように、圧着部１０と導通部１２と断熱層形成用筒状部１５とが同心となるように配設しても良いし、図２Ｄに変形例１ａとして示すように、断熱層形成用筒状部１５の位置を導通部１２の外周縁に一致するように偏心させて配設しても良い。
さらに、本図では、導通部１２の外径を断熱層形成用筒状部１５の外径よりも小さく形成した例を示してあるが、導通部１２の外径を断熱層形成用筒状部１５の外径と同径に形成し、縮径しながら固体電解質体３００内に圧入することで固体電解質体３００の内周面に形成した基準電極層３２０と密着させるようにしても良い。
【００２５】
検出部３０は、固体電解質体３００と、その内側に形成され基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層３２０と、その外側に形成され、被測定ガスに接する測定電極層３１０とによって構成され、カバー体によって保護された状態で、被測定ガス９１内に配設されている。
【００２６】
グロメット４は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等の耐熱性弾性部材からなり、筒状に形成され、内側に信号線２を挿通し、保持している。
グロメット４は、撥水フィルタ６１の基端部と共にケーシング５の基端側開口に挿入され、かしめ部５４によって封止固定されている。
【００２７】
ケーシング５は、鉄、ニッケル、ステンレス等の口の金属材料を段付き筒状に形成してある。
ケーシング５の先端側大径部５０は、ハウジング７のボス部７４に嵌着され、レーザ溶接等の溶接部５６によって封止固定されている。
ケーシング５の中径部５１の側面には、複数の通気孔５２が穿設され、ケーシング５の内側に大気を導入している。
通気孔５２には、気体は透過し、液体の侵入は阻止する撥水フィルタ６１が設けられている。
【００２８】
ハウジング７は、ステンレス、鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金等の公知の耐熱性金属材料が用いられ、筒状に形成され、内側にガスセンサ素子３を収容する。
ハウジング７の先端側外周にはネジ部７５が形成され、被測定ガス流路壁９０に固定され、検出部３０を被測定ガス９１中に配設・固定する。
ハウジング７の基端側には、ボス部７４が形成され、ケーシング５の大径部５０が装着され、レーザ溶接等の固定手段により固定部５を形成し気密に固定している。
【００２９】
粉末充填部材６２には、タルク粉末等の耐熱性セラミック粉末を環状に形成したものが用いられている。
絶縁性封止部材６３には、アルミナ等の耐熱性セラミック焼結体を環状に形成したものが用いられている。
シール部材６４は、ステンレス等に耐熱性の高い金属材料を環状に形成したものが用いられている。
【００３０】
ガスセンサ素子３の拡径部３１を、粉末充填部材６２、絶縁性封止部材６３、シール部材６４を介して、ハウジング７に形成した素子係止部７１とかしめ部７３とで挟持し、軸力を負荷することで気密性を確保している。
ハウジング７の基端側からガスセンサ素子３の一部が露出し、信号取り出し部３３を構成している。
【００３１】
信号取り出し部３３の外周面３３１には、筒状弾性部材６０が嵌着され、撥水フィルタ６１の先端部と共に、信号取り出し部の外周面３３１を背としてケーシング５のかしめ部５５によりかしめ固定されている。
【００３２】
撥水フィルタ６１は、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなり筒状に形成された多孔質繊維構造体が用いられている。
撥水フィルタ６１は、通気孔５２に対向する位置に設けられ、通気孔５２からセンサ内部への気体の透過を許容し、液体の透過は阻止する。
【００３３】
ケーシング５とガスセンサ素子３の信号引き出し部３３との間に、撥水フィルタ６１の先端側と筒状弾性部材６０とを介装し、信号引き出し部３３の外周面３３１を背にしてケーシング５の中径部５１先端側の一部を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部５５を設けて固定してある。
本実施形態においては、筒状弾性部材６０を撥水フィルタ６１よりも、内側に配設してある。
【００３４】
かしめ部５５によって撥水フィルタ６１の先端側が圧縮され、緻密化することで、撥水フィルタ６１の先端側端部からの液体の侵入を遮断している。
ケーシング５の中径部５１基端側の一部を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部５４を設けて、撥水フィルタ６１の基端側を、グロメット４、信号線２と共にかしめ固定してある。
【００３５】
ケーシング５のかしめ部５４によって撥水フィルタ６１の基端側が圧縮され、緻密化することによって、基端側からの水分の侵入を遮断している。
グロメット４及び筒状弾性部材６１には、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の耐熱性弾性部材が用いられ、かしめ部５４、５５を内側から弾性的に押圧する反力を発生させて、撥水フィルタ６１との間に間隙を生じないようにしている。
【００３６】
本発明において、カバー体７６の形状や、開口７７の位置、大きさ、数等を特に限定するものではなく、用途に応じて適宜変更することができる。
本図に示したような、単数のものに限らず、複数のカバー体を同心に配設したものを用いても良い。
【００３７】
本発明のガスセンサ８では、ガスセンサ素子３の固体電解質体開口端上面３４に端子金具筒状部先端側端面１４が当接し、端子金具鍔部１６がグロメット４の底面４０に当接し、ガスセンサ素子３の基端とグロメット４との間に、撥水フィルタ６１を介して大気導入孔５２に連なる空気断熱空間ＳＰＴＩが形成されている。
空気断熱空間ＳＰＴＩは、断熱層として機能し、従来のように、熱伝導率の高いアルミナ等の絶縁体が設けられていないので、温度の高い被測定ガスの熱が絶縁体を介してグロメット４の底面４０に伝達されることがないので、熱劣化が抑制され、端子金具１の導通部１２と基準電極層３２１と間の導通信頼性に優れたガスセンサ８を実現することができる。
【００３８】
ガスセンサ素子３は、先端側に設けた検出部３０が高温の被測定ガス９１に晒され、固体電解質体３００が被測定ガス９１の高い温度によって活性化され、酸素イオン伝導性を発揮し、被測定ガス中の酸素濃度と、基準ガス室３２内に導入された大気中の酸素濃度との差によって生じた起電力を外部に設けた検出回路で検出することによって、被測定ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃを参照して、本発明の第２の実施形態におけるガスセンサ８ｂについて説明する。
なお、以下の実施形態において、第１の実施形態におけるガスセンサ８と同一の構成については、同じ符号を付し、相違する部分については、枝番としてアルファベットの符号を付したので、同一部分については、説明を省略し、それぞれの実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
【００４０】
本実施形態におけるガスセンサ８ｂの要部である端子金具１ｂでは、図４Ａ、図４Ｂに示すように、断熱層形成用筒状部１５ｂを、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる切り欠き筒状に形成されている。
断熱層形成用筒状部１５ｂの外径は、固体電解質体３００の内周径よりも径大となるように形成されている。
【００４１】
また、導通部１２ｂも断面Ｃ字形で軸方向に伸びる切り欠き筒状に形成されている。
導通部１２ｂの外径は、固体電解質体３００の内周径よりも僅かに径大となるように形成され、縮径された状態で固体電解質体３００の内側に圧入されている。
【００４２】
導通部１２ｂは、基準電極層３２０を外側に向かって弾性的に押圧し導通を確保している。
本実施形態においても、固体電解質体３００の基端側端面を平面部３４として、素子側当接部１４が当接し、グロメット４の底面４０に鍔状に形成されていない基端側当接部１６ｂが当接している。
本実施形態においても、前記実施形態と同様、断熱空間ＳＰＴＩによって、グロメット４の熱劣化が抑制されている。
また、本実施形態においては、鍔部及び傾斜面を廃した構成とすることにより、構造を簡略化し、さらなる製造コストの削減を図っている。
【００４３】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄを参照して、本発明の第３の実施形態におけるガスセンサ８ｃについて説明する。
本実施形態におけるガスセンサ素子３ｃでは、固体電解質体３００の基端側に設けた信号取出部３３ｃにおいて、平面部３４ｃとして、内周面３２１ｃを先端側が径小となり基端側が径大となるように、段階的に径変せしめた段差部が設けられている。
【００４４】
さらに、本実施形態における端子金具１ｃでは、断熱層形成用筒状部１５ｃの一部を、導通部１２ｃとして利用するために、断熱層形成用筒状部１５ｃは、長尺に形成されている。
断熱層形成用筒状部１５ｃの先端側の一部が、固体電解質体３００の内側に圧入されている。
固体電解質体３００の内側に圧入された導通部１２ｃは、内周面３２１ｃを内側から径方向に弾性的に押圧して基準電極層３２０との導通を図っている。
【００４５】
さらに、導通部１２ｃの先端の素子側当接部１４ｃは、固体電解質体３００の内側に設けた段差部３４ｃに当接して、固体電解質体３００の基端側に露出した断熱層形成用筒状部１５ｃの基端側端部１６がグロメット４の底面に当接し、弾性的に押圧している。
本実施形態においても、断熱空間ＳＰＴＩによって、グロメット４の熱劣化が抑制されている。
【００４６】
加えて、導通部１２ｃが、固体電解質体３００の内周面３２１に形成した基準電極層３２０を外径方向に弾性的に押圧して導通を図るのに加えて、段差部３４ｃの表面に形成した基準電極層３２０を素子側当接部１４ｃが軸方向に押圧しているので、端子金具１ｃと基準電極層３２０との導通が確保され、極めて高い導通信頼性を発揮できる。
なお、本実施形態において基端側当接部１６ｃを鍔状に広げつつ花弁状に切り欠いてあるが、鍔部を設けない、第２の実施形態における端子金具１ｂを除き、いずれの実施形態においても採用し得るものである。
基端側当接部１６ｃを花弁状に切り欠くことで、鍔状に形成する際の亀裂の発生や変形を抑制することができる。
【００４７】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄを参照して、本発明の第４の実施形態におけるガスセンサ８ｄについて説明する。
本実施形態においても、断熱空間ＳＰＴＩによって、グロメット４の熱劣化が抑制されている。
【００４８】
加えて、本実施形態におけるガスセンサ素子３ｄは、固体電解質体３００の基端側に設けた信号取出部３３ｄの開口端において、基端側に向かって徐々に径大となるように径変し、垂直成分を含む傾斜部３４ｄが設けられている。
本実施形態における端子金具１ｄでは、断熱層形成用筒状部１５ｄと導通部１２ｄとの間に、素子側傾斜当接部１４ｄが設けられている。
これにより、素子側傾斜当接部１４ｄを、傾斜面３４ｄに当接させたときに、径方向と軸方向との両方に弾性的な押圧力が作用し、外部からの振動に対して高い導通信頼性を発揮できる。
【００４９】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄを参照して、本発明の第５の実施形態におけるガスセンサ８ｅについて説明する。
本実施形態におけるガスセンサ素子３ｅでは、固体電解質体３００ｅの内周表面３２１ｅに形成した基準電極層３２０を、固体電解質体３００ｅの基端側に形成した信号取出部３３ｅにおいて、固体電解質体３００ｅの外周面３３１ｅまで延設してある。
本実施形態においても、グロメット４とガスセンサ素子３ｅとの間に断熱空間ＳＰＴＩを形成することで、グロメット４の熱劣化が抑制されている。
【００５０】
さらに、端子金具１ｅの断熱層形成用筒状部１５ｅの一部を、導通部１２ｅとして、固体電解質体３００の外周面３３１ｅに嵌着せしめてある。
導通部１２ｅは、固体電解質体３００ｅの外周面３３１ｅの外径よりも僅かに小さい径で一部が切り欠かれた断面Ｃ字形に形成されており、導通部１２ｅを外周面３２１ｅに嵌着したときに外側から中心に向かう方向の押圧力を生じるよう付勢されている。
【００５１】
これによって、導通部１２ｅが外周側方向から基準電極層３２０を弾性的に押圧して導通を図っている。
導通部を固体電解質体３００の内周面３２１に圧入する場合にくらべ、導通部１２ｅの外径が大きくなることで、導通部１２ｅの表面積が拡大され、冷却効果が向上し、グロメット４への伝熱量の低減を図ることも可能となる。
【００５２】
さらに、信号引き出し部３３の外周に設けた段差部を平面部３４ｅとして、素子側当接部１４ｅを当接せしめてあり、断熱層形成用筒状部１５ｅの基端側当接部１６ｅがグロメット４の底面４０に当接し、軸方向にもグロメット４から弾性的な押圧力が作用し、導通信頼性の向上を図っている。
さらに、導通部１２ｅの外周を覆うように筒状弾性部材６０が嵌着され、撥水フィルタ６１と共にかしめ部５５によって外周方向から圧縮されている。
導通部１２ｅは、信号取り出し部３３ｅの外周面３３１ｅに延設した基準電極層３２０を中心に向かって、弾性的に押圧するように付勢されているが、筒状弾性部材６０が重畳的に導通部１２ｅを中心に向かって弾性的に押圧するので、より一相導通信頼性を向上させることができる。
【００５３】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃを参照して、第６の実施形態におけるガスセンサ８ｆについて説明する。
本実施形態における要部である端子金具１ｆの導通部１２の先端側に、連結部１９を介して接続する第２の導通部１８を設けて、固体電解質体３０の内径を縮径した径変部３２２において基準電極層３２０に当接せしめてある。
本実施形態においては、前記実施形態と同様に、グロメットの熱劣化を抑制して、導通信頼性の確保と耐久性の向上を図る効果に加え、第2の導通部によって補完的に導通信頼性が向上されている。
第２の導通部１８は、先端側で二股に分かれた舌片状に形成されており、傾斜した径変部３２２に当接することで軸方向と径方向とに押圧することになる。
その結果、端子金具１ｆに外部からの振動が作用しても、基準電極層３２０を径方向に弾性的に押圧する導通部１２と基準電極層３２０を軸方向にも径方向にも端正的に押圧する第２の導通部１８とのいずれかが常に基準電極層３２０との導通を維持することになるので、極めて高い導通信頼性を発揮できる。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、ケーシング５とガスセンサ素子３の信号引き出し部３３との間に、撥水フィルタ６１の先端側と筒状弾性部材６０とを介装し、信号引き出し部３３の外周面３３１を背にしてケーシング５の中径部５１を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部５５を設けてある。
本実施形態においては、かしめ固定するに際し、撥水フィルタ６１を筒状弾性部材６０よりも、内側に配設せしめてある。
撥水フィルタ６１の先端部を筒状弾性部材６０よりも、内側に配設することにより、かしめ部５５を形成する際に、筒状弾性部材６０を介して撥水フィルタ６１が圧縮されるので、過剰な変形が抑制され、撥水フィルタ６１と筒状弾性部材６０との間に間隙が形成されることがなく、確実に水滴の侵入を阻止できる。
【００５５】
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃを参照して、本発明の第７の実施形態におけるガスセンサ８ｇの要部である端子金具１ｇの概要と、その効果について説明する。
前記実施形態においては、圧着部１０を端子金具１、１ａ〜１ｆの先端に設けた構成を示したが、本実施形態における端子金具１ｇでは、圧着部１０ｇが断熱層形成用筒状部１５ｇよりも基端側に設けられている点が相違する。
さらに、図９Ｃに示すように、グロメット４の先端側に、圧着部１０ｇを収容するための圧着部空間部４１を設けてグロメット４ｇの内側に収容するようにしても良い。
本実施形態によれば、圧着部１０ｇが通気路５２よりも基端側に位置し、比較的低温の環境に配置されるので、信号線２の絶縁被覆への熱的ダメージを低減することもできる。
【００５６】
また、アルミナ等の絶縁材料を用いて、圧着部１０ｇを収容可能な空間を内側に設けて環状に形成した図略の絶縁体を用意し、断熱層形成用筒状部１５ｇとグロメット底面４０との間に介装するようにしても良い。
この場合、熱伝導率の高い絶縁体がグロメット４の底面４０に接することになるが、絶縁体よりも先端側に、断熱層形成用筒状部１５ｇによって支持されつつ、通気孔５２を介して大気に連通された断熱空間ＳＰＴＩが存在するため、ガスセンサ素子３を加熱する被測定ガスの熱がグロメット４に到達することが  ほとんどなく、グロメット４の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００５７】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃを参照して、本発明の第８の実施形態におけるガスセンサ８ｈの要部である端子金具１ｈの概要と、その効果について説明する。  本実施形態においては、信号線２の芯線２０を圧着固定する圧着部１０ｈが、端子金具１ｈの中心に配設され、連結部１３ｈを介して、基端側に鍔部１６を有する断熱層形成用筒状部１５が設けられ、先端側に連結部１１ｈを介して、導通部１２ｈが設けられている。
【００５８】
本実施形態においても、図１０Ｃに示すように、ガスセンサ素子３の固体電解質体開口端上面３４に端子金具筒状部先端側端面１４が当接し、端子金具鍔部１６がグロメット４の底面４０に当接し、ガスセンサ素子３の基端とグロメット４との間に、撥水フィルタ６１を介して大気導入孔５２に連なる空気断熱空間ＳＰＴＩが形成されるので、グロメット４の熱劣化が抑制され、端子金具１ｈの導通部１２ｈと基準電極層３２１と間の導通信頼性に優れたガスセンサ８ｈを実現することができる。
加えて、本実施形態においては、図１０Ｃに示すように、圧着部１０ｈがガスセンサ素子３の内側に収容されるので、ガスセンサ８ｈの体格を小さくすることができる。
さらに、圧着部１０ｈが、導通部１２ｈよりも基端側に設けられているため、圧着部１０を先端に設けた場合にくらべ、熱源からの距離が遠くなるので、信号線２の絶縁被覆への熱的ダメージを軽減できる。
【００５９】
本実施形態においては、ケーシング５とガスセンサ素子３の信号引き出し部３３との間に、撥水フィルタ６１の先端側と筒状弾性部材６０とを介装し、信号引き出し部３２の外周面３３１を背にしてケーシング５の中径部５１を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部５５を設けてある。
本実施形態においては、撥水フィルタ６１の先端部を筒状弾性部材６０よりも、内側に配設することにより、かしめ部５５を形成する際に、筒状弾性部材６０を介して撥水フィルタ６１が圧縮されるので、過剰な変形が抑制され、撥水フィルタ６１と筒状弾性部材６０との間に間隙が形成されることがなく、確実に水滴の侵入を阻止できる。
【００６０】
図１１を参照して、本発明の第９の実施形態におけるガスセンサ８ｉの概要について、説明する。
前記第１の実施形態から第８の実施形態のおけるガスセンサ８〜８ｈにおいては、ケーシング５の先端をハウジング７のボス部７４にレーザ溶接により固定した溶接部５６を設けた例を示したが、本実施形態においては、ケーシング５ｉの先端に外周方向に張り出す鍔部５６ｉを設けて、粉末充填部材６２ｉ、絶縁性封止部材６３ｉ、シール部材６４と共に、ハウジング７ｉの粉末充填部係止部７２とかしめ部７３ｉとの間に挟持し、軸方向の軸力を負荷して、かしめ固定した点が相違する。
本実施形態におけるケーシング５ｉの中径部５１の先端には、径方向に向かってハット型に広がるケーシング鍔部５６ｉが設けられている。
ケーシング鍔部５６ｉは、封止部材６４と共に、ハウジング７ｉのかしめ部７３ｉによってかしめ固定されている。
【００６１】
また、図１１には、第１の実施形態におけるガスセンサと８に用いた端子金具１と同じ構成の端子金具１を用いた例を示してあるが、上述の端子金具１ａ〜１ｈのいずれも適宜採用することができる。
本実施形態においても、前記実施形態と同様に、断熱層形成用筒状部１５によって、ガスセンサ素子３の基端とグロメット４との間に、撥水フィルタ６１を介して大気導入孔５２に連なる空気断熱空間ＳＰＴＩが形成されるので、グロメット４の熱劣化が抑制され、端子金具１ｉの導通部１２と基準電極層３２１と間の導通信頼性に優れたガスセンサ８ｉを実現することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  端子金具
１０  圧着部
１２  導通部
１４  素子側当接部
１４ｄ  素子側傾斜当接部
１５  断熱層形成用筒状部
１６  基端側当接部
２  信号線
２０  信号線芯線
３  ガスセンサ素子
３０  検出部
３００  固体電解質体
３０１  固体電解質体外周表面
３１０  測定電極層
３２  基準ガス室
３２０  基準電極層
３２１  固体電解質体内周表面
３４  固体電解質体平面部
３４ｄ  固体電解質体傾斜部
４  グロメット
４０  グロメット底面
５  ケーシング
５２  通気孔
６１  撥水フィルタ
７  ハウジング
８  ガスセンサ
９１  被測定ガス
ＳＰＴＩ  断熱空間
【図１】
2015099110.tif 000003
【図２Ａ】
2015099110.tif 000004
【図２Ｂ】
2015099110.tif 000005
【図２Ｃ】
2015099110.tif 000006
【図２Ｄ】
2015099110.tif 000007
【図３】
2015099110.tif 000008
【図４Ａ】
2015099110.tif 000009
【図４Ｂ】
2015099110.tif 000010
【図４Ｃ】
2015099110.tif 000011
【図５Ａ】
2015099110.tif 000012
【図５Ｂ】
2015099110.tif 000013
【図５Ｃ】
2015099110.tif 000014
【図５Ｄ】
2015099110.tif 000015
【図６Ａ】
2015099110.tif 000016
【図６Ｂ】
2015099110.tif 000017
【図６Ｃ】
2015099110.tif 000018
【図６Ｄ】
2015099110.tif 000019
【図７Ａ】
2015099110.tif 000020
【図７Ｂ】
2015099110.tif 000021
【図７Ｃ】
2015099110.tif 000022
【図７Ｄ】
2015099110.tif 000023
【図８Ａ】
2015099110.tif 000024
【図８Ｂ】
2015099110.tif 000025
【図８Ｃ】
2015099110.tif 000026
【図９Ａ】
2015099110.tif 000027
【図９Ｂ】
2015099110.tif 000028
【図９Ｃ】
2015099110.tif 000029
【図１０Ａ】
2015099110.tif 000030
【図１０Ｂ】
2015099110.tif 000031
【図１０Ｃ】
2015099110.tif 000032
【図１１】
2015099110.tif 000033