(57)【要約】【課題】製造時の金属パッキンの位置ズレを防止し、かつ製造時にガスセンサ素子の鍔部にクラックが生じてガスセンサ素子が破損することを抑制したガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、ガスセンサ素子３の鍔部３ａの先端向き面３ａｆと主体金具２０の受け面２０ｅとの間に介装される金属パッキン２００を備え、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが面接触する接触領域Ｃと、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間する離間領域Ｄとを有し、軸線Ｏ方向に沿う断面を見たときに、接触領域Ｃにおける金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと軸線Ｏとの角度αが、受け面２０ｅと軸線Ｏとの角度βより小さく、鍔部３ａの先端向き面３ａｆは、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面である。【選択図】図２
2015111065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、先端側が被検出ガスに晒されると共に、径方向外側に突出する鍔部を有する素子本体と、前記素子本体の先端側にそれぞれ設けられた一対の電極と、を有するガスセンサ素子と、
前記鍔部の先端向き面に対向すると共に、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むテーパ状の受け面を自身の内面に有し、前記ガスセンサ素子を径方向外側から取り囲む筒状の主体金具と、
前記鍔部の前記先端向き面と前記主体金具の前記受け面との間に介装される金属パッキンと、を備えたガスセンサであって、
前記金属パッキンの後端向き面と前記鍔部の前記先端向き面とが面接触する接触領域と、該接触領域よりも径方向外側に当該接触領域に接続して設けられ、前記金属パッキンの後端向き面と前記鍔部の先端向き面とが離間する離間領域とを有してなり、
前記軸線を含む前記軸線方向に沿う断面を見たときに、前記接触領域における前記金属パッキンの前記後端向き面と前記軸線との挟角の角度αが、前記受け面と前記軸線との挟角の角度βより小さく、
前記鍔部の前記先端向き面は、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記角度αと角度βの角度差が１０°以下であることを特徴とする請求項１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】
自動車等の排気ガス中の特定ガス（酸素やＮＯｘ）の濃度を検出するガスセンサとして、ガスセンサ素子の径方向周囲を主体金具で取り囲んで保持する構成が知られている。このガスセンサ素子としては、筒状の固体電解質体の先端側表面に外側電極及び内側電極を設けたものが知られている。（特許文献１〜３）。
【０００３】
ここで、図６（ｃ）に示すように、ガスセンサ素子３は、固体電解質体３Ｓに径方向外側に突出する鍔部３ａが形成されており、この鍔部３ａの先端向き面３ａｆを主体金具１０００の内面に設けたテーパ状の受け面１０００ｅに金属パッキン１２を介して当接させることで、ガスセンサ素子３が主体金具１０００に固定される。なお、金属パッキン１２は、環状の板材であり、主体金具１０００の受け面１０００ｅとガスセンサ素子３の鍔部３ａとの間に配置される。
【０００４】
ところで、このガスセンサ素子３は、図６（ａ）〜図６（ｃ）の順で、主体金具に固定される。
まず、主体金具１０００の内側に金属パッキン１２の変形前である金属パッキン素形材１２ｘを後端側から挿入し、その後、金属パッキン素形材１２ｘを挿通するようにして、ガスセンサ素子３を主体金具１０００の後端側から主体金具１０００の内側に挿入する。（図６（ａ））。なお、図６（ａ）では、図示しない主体金具１０００の後端側は、加締められる前の状態である。
【０００５】
その後、ガスセンサ素子３の鍔部３ａの先端向き面３ａｆを金属パッキン素形材１２ｘに当接させた状態で、鍔部３ａの後端側に粉末充填材６を充填する。（図６（ｂ））。
その後、主体金具１０００の後端側を加締めることで、ガスセンサ素子３と主体金具１０００との間に充填された粉末充填材６がガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧する。その結果、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン素形材１２ｘを押し下げ、主体金具の受け面１０００ｅに沿って変形することで、金属パッキン１２が形成される（図６（ｃ））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１４２１０号公報（図１１）
【特許文献２】特開２００７−３２２１３４号公報（図２、図４）
【特許文献３】特開２０１３−１１７５２１号公報（図１０、図１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧し、金属パッキン素形材１２ｘが主体金具１０００の受け面１０００ｅに当接し金属パッキン１２となると、主体金具１０００からの反作用の力が金属パッキン１２を介して鍔部３ａにかかり、鍔部３ａには後端側に向かって引張応力が負荷される。そして、この引張応力が鍔部３ａにクラックを生じさせる原因となる。この引張応力は、図６（ｃ）に示すように、金属パッキン１２が鍔部３ａの作用点Ｂを後端側へ押す力Ｆと、作用点Ｂと軸線Ｏ方向の同じ位置の軸線Ｏ上にあって動かない回転軸Ａとの間で生じる、ねじりモーメントによるものである。そして、モーメントの関係から、Ａ−Ｂ間の腕の長さＬｍが長いほど（つまり、鍔部３ａと接している金属パッキン１２の外径が大きくなるほど）、引張応力は大きくなる。つまり、金属パッキン１２の径方向外側の部位（以下、外側部分とも言う）では、この引張応力がより大きくなり、金属パッキン１２の外側部分に当接するガスセンサ素子３の鍔部３ａにクラックが生じる虞がある。
【０００８】
これに対し、金属パッキン１２の外径をより小さくすれば、Ｌｍが短くなるので引張応力は小さくなる。しかしながら、この形態では、金属パッキン素形材１２ｘの外径を主体金具１０００の受け面１０００ｅの内径よりも大幅に小さくなる（つまり、金属パッキン素形材１２ｘの外側面と主体金具１０００の内面との間隙が広くなる）ため、金属パッキン素形材１２ｘが変形する際に径方向に位置ズレしてしまう。従って、金属パッキン素形材１２ｘの外径をある程度確保しつつ、鍔部３ａに生じる上記した引張応力を低減することが求められる。
【０００９】
一方、特許文献２記載のガスセンサは、ガスセンサ素子の鍔部を受ける主体金具の受け面を、主受け面と、金属パッキンの外側部分が配置され、主受け面から径方向外側に繋がる外側受け面との２段に構成している。このガスセンサでは、外側受け面に金属パッキン素形材を載置した後、ガスセンサ素子を主体金具内に収容し、さらにガスセンサ素子を先端側に押圧して金属パッキン素形材を主受け面に馴染むように変形させている。その結果、金属パッキンは、主受け面に接して先端側へ向かって窄まるテーパ状の内側部分と、該内側部分の外側において水平方向に折曲する外側部分とからなる。
【００１０】
このガスセンサの場合、金属パッキンを比較的大径とすることで、径方向の位置ズレを抑制しつつ、かつ組み付け後に金属パッキンの外側部分がガスセンサ素子の鍔部と離間するので、鍔部に掛かる引張応力も低減することができる。
しかしながら、ガスセンサ素子を先端側に押圧した際、金属パッキンの外側部分がスプリングバックで後端側にハネ上がる虞がある。その結果、金属パッキンの外側部分が必ずしも水平方向に折曲せず、金属パッキンの外側部分が鍔部と離間しないことがある。
さらに、特許文献２記載のガスセンサにおいては、主体金具の段部を２段に形成する製造工程（例えば、鍛造工程だけでなく、段部を２段にするため切削工程等が必要となる）に手間がかかると共に、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧する際、主体金具の２段の段部に合わせて押圧工程を２回に分けて必要があり、組み立て作業に時間を要するという問題がある。
【００１１】
他方、特許文献３記載のガスセンサは、鍔部の先端向き面と軸線とがなす挟角の角度θ２を主体金具の受け面と軸線となす挟角の角度θ１よりも小さく設定している（特許文献３の図１１）。このため、角度θ１＝θ２である特許文献１，２記載のガスセンサに比べ、ガスセンサ素子を押圧した際、金属パッキン素形材の内側部分が鍔部に当接し、金属パッキン素形材が変形して鍔部の先端向き面に馴染む一方、金属パッキン素形材の外側部分は鍔部と離間した状態となり、金属パッキンの外側部分と鍔部とを離間することができる。
【００１２】
このガスセンサの場合も、金属パッキンを比較的大径とすることで、径方向の位置ズレを抑制しつつ、かつ組み付け後に金属パッキンの外側部分がガスセンサ素子の鍔部と離間するので、鍔部に掛かる引張応力も低減することができる。
【００１３】
つまり、金属パッキンの外側部分と鍔部とを確実に離間させるために、角度θ２をより小さくし、鍔部の先端向き面をより軸線に沿った形態で金属パッキンの後端向き面に当接することが得策である。しかしながら、角度θ２をより小さくしすぎると、ガスセンサ素子を先端側に押圧する間、鍔部の先端向き面が金属パッキンの後端向き面と内側面との角部に常に当たってしまい、角部から鍔部に掛かる衝撃力がより大きくなるおそれがある。その結果、ガスセンサ素子の鍔部にクラックが生じやすくなる。
よって、鍔部の先端向き面と軸線となす挟角の角度θ２と主体金具の受け面と軸線となす挟角の角度θ１との関係のみで、金属パッキンの外側部分を鍔部から確実に離間させつつ、ガスセンサ素子の鍔部にクラックが生じにくくすることは困難であった。
【００１４】
従って、本発明は、製造時の金属パッキンの位置ズレを防止し、かつ製造時にガスセンサ素子の鍔部にクラックが生じてガスセンサ素子が破損することを抑制し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】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係るガスセンサは、軸線方向に延び、先端側が被検出ガスに晒されると共に、径方向外側に突出する鍔部を有する素子本体と、前記素子本体の先端側にそれぞれ設けられた一対の電極と、を有するガスセンサ素子と、前記鍔部の先端向き面に対向すると共に、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むテーパ状の受け面を自身の内面に有し、前記ガスセンサ素子を径方向外側から取り囲む筒状の主体金具と、前記鍔部の前記先端向き面と前記主体金具の前記受け面との間に介装される金属パッキンと、を備え、前記金属パッキンの後端向き面と前記鍔部の前記先端向き面とが面接触する接触領域と、該接触領域よりも径方向外側に当該接触領域に接続して設けられ、前記金属パッキンの後端向き面と前記鍔部の先端向き面とが離間する離間領域とを有してなり、前記軸線を含む前記軸線方向に沿う断面を見たときに、前記接触領域における前記金属パッキンの前記後端向き面と前記軸線との挟角の角度αが、前記受け面と前記軸線との挟角の角度βより小さく、前記鍔部の前記先端向き面は、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面である。
【００１６】
このガスセンサによれば、角度αを角度βより小さくすることにより、径方向外側へ向かうにつれて金属パッキンの後端向き面と鍔部の先端向き面とが離間する離間領域を形成することができる。その結果、接触領域の外径を小さくして鍔部に働く引張応力を低減することができるので、鍔部にクラックが生じてガスセンサ素子が破損することを有効に抑制できる。又、接触領域よりも径方向外側においても金属パッキンが介在するので、接触領域を小さくしながらも金属パッキン自身の外径を大きくすることができ、ガスセンサ製造時の金属パッキンの径方向の位置ズレを抑制できる。
【００１７】
また、このガスセンサによれば、鍔部の先端向き面を先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面としている。これにより、金属パッキンの内側部分が鍔部の先端向き面が面接触したとしても、金属パッキンの外側部分では、鍔部の先端向き面が金属パッキンの後端向き面からより離れる形態となる。つまり、鍔部の先端向き面を径方向外側に向かって膨らむ曲面とすることで、接触領域を形成しつつ、容易に離間領域をも形成することが可能となる。よって、角度αをより小さくし、鍔部の先端向き面をより軸線に沿った形態にする必要がなく、角度αを比較的大きくすることができる。その結果、角部から鍔部に掛かる衝撃力を低減し、ガスセンサ素子の鍔部に生じるクラックを抑制できる。
【００１８】
その上、金属パッキンと接する主体金具の受け面は、主体金具の内側面から直接先端側へ向かって窄む１つのテーパとして構成されているため、主体金具の内面に複数段の段状部を形成する必要がなく、主体金具の製造が簡易になると共に、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧する際に、主体金具の段部に合わせて押圧工程を複数回に分けて行う必要がなく、一度に押圧すれば済むので作業時間が短縮される。
【００１９】
なお、「接触領域における金属パッキンの後端向き面と軸線との挟角の角度α」は、以下のように考える。まず、ガスセンサを、軸線を含む軸線方向に沿う断面にて確認する。そして、この断面において、接触領域における金属パッキンの後端向き面のそれぞれの位置での接線と軸線との挟角の角度を取得し、それぞれを角度αとみなす。つまり、「角度α」は、接触領域における金属パッキンの後端向き面と軸線の挟角のすべての角度を表している。なお、角度αと角度βとの関係としては、好ましくは、すべての角度αが角度βよりも小さければよいが、これに限られることなく、一部の角度αが角度βよりも小さければよい。
【００２０】
また、本発明のガスセンサによれば、角度αと角度βの角度差が１０°以下であることが好ましい。これにより、ガスセンサ素子の鍔部を先端側に押圧する間、鍔部の先端向き面が金属パッキンの後端向き面の内側の角部に常に当たり易くなることを抑制し、角部に当たったときの鍔部に掛かる衝撃力が大きくなることを抑制できる。その結果、ガスセンサ素子の鍔部に生じるクラックを抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、製造時の金属パッキンの径方向の位置ズレを防止し、かつ製造時にガスセンサ素子の鍔部にクラックが生じてガスセンサ素子が破損することを抑制したガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の態様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の部分拡大図である。
【図３】ガスセンサ素子と主体金具との間に金属パッキンを介装する状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の態様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５】図５の部分拡大図である。
【図６】従来のガスセンサにおけるガスセンサ素子と主体金具との間に金属パッキンを介装する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の態様の実施形態に係るガスセンサ１００を軸線Ｏ方向（先端から後端に沿う方向）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（図１のプロテクタ７側）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。
なお、図１の下側（プロテクタ７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。
【００２４】
ガスセンサ１００は、ガスセンサ素子３が主体金具（ハウジング）２０内に組み付けられている。このうち、ガスセンサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極が設けられ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ガスセンサ素子である。詳細には、ガスセンサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質からなる素子本体３ｓと、素子本体３ｓの内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極（基準電極）３ｂ及び外側電極（検知電極）３ｃとからなる。そして、ガスセンサ素子３の内部空間を基準ガス雰囲気とし、ガスセンサ素子３の外面に被検出ガスを接触させてガスの検知を行うようになっている。
【００２５】
ガスセンサ素子３の中央付近には、径方向外側に突出する鍔部３ａが設けられている。一方、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径しつつ先端側へ向かって窄まるテーパ状の受け面２０ｅが設けられ、鍔部３ａと受け面２０ｅの間に後述する環状の金属パッキン２００が配置されている。そして、ガスセンサ素子３を主体金具２０の内側に挿通し、鍔部３ａを金属パッキン２００に当接させることにより、間接的に受け面２０ｅに後端側からガスセンサ素子３の鍔部３ａが当接し、ガスセンサ素子３が主体金具２０内に組み付けられている。金属パッキン２００は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、又はステンレス鋼（ＳＵＳ４３０等）を用いて製造することができる。
【００２６】
又、主体金具２０の先端部２０ｆ２には金属製（ステンレスなど）で筒状のプロテクタ７が固定され、主体金具２０から突出するガスセンサ素子３の先端がプロテクタ７で覆われている。このプロテクタ７は、排気ガスをプロテクタ７の内部に取り込むための複数の孔部を有している。
【００２７】
一方、鍔部３ａの後端側におけるガスセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状のシール材（滑石粉末）６が充填され、さらにシール材６の後端側に筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３１が配置されている。そして、絶縁部材３１の後端側に金属リング（ステンレス製の平ワッシャ）３０を配し、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、絶縁部材３１が先端側に押し付けられてシール材６を押し潰し、絶縁部材３１及びシール材６が加締め固定されるとともに、ガスセンサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされる。
【００２８】
なお、主体金具２０の中央付近には、径方向外側に突出し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と先端部２０ｆとの間の主体金具２０外側面には雄ねじ部２０ｄが形成されている。又、鍔部２０ｃの先端面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット（図示せず）が嵌挿されている。
そして、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、ガスセンサ素子３の先端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。
【００２９】
さらに、主体金具２０の後端には、ガスセンサ素子３の後端部を覆うため、金属製筒状の外筒４０が接合されている。外筒４０は、主体金具２０に接続する先端部４０ａと先端部４０ａよりも縮径された後端部４０ｂとを有し、先端部４０ａと後端部４０ｂとの間には、段部４３が設けられている。
外筒４０の先端部４０ａの内側には、絶縁性の筒状のセパレータ１１１が配置されている。さらに、セパレータ１１１の２個の挿通孔１１５、１１６には、それぞれ内側端子７１、外側端子９１の板状基部７４、９４が挿通されている。この各板状基部７４、９４の後端にはそれぞれ接続端部７５、９５が形成され、接続端部７５、９５にそれぞれリード線１４１、１４１が加締め接続されている。
【００３０】
また、セパレータ１１１は、セパレータ１１１の後端面を段部４３に当接させつつ、セパレータ１１１の先端面をセパレータ１１１よりも先端側に配置した保持金具４５に当接させることで、外筒４０内に保持される。この保持金具４５は、セパレータ１１１よりも先端側に配置され、外筒４０の先端部４０ａが加締められることで外筒４０内に固定されている。
【００３１】
内側端子７１には、板状基部７４に接続し、ガスセンサ素子３の筒孔３ｄ内に内嵌された挿入部７３が設けられている。この挿入部７３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の内側に設けられた内側電極３ｂと電気的に接続される。また、外側端子９１には、板状基部９４に接続し、ガスセンサ素子３の外側に外嵌された筒状部９３が設けられている。この筒状部９３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の外側に設けられた外側電極３ｃ（詳細には外側電極３ｃから後端に延びる電極パッド）と電気的に接続される。
【００３２】
外筒４０の後端部４０ｂの内側には筒状のグロメット１３１が内挿されて加締め固定されている。このグロメット１３１には、２個の挿通孔からそれぞれリード線１４１、１４１が外部に引き出されている。又、グロメット１３１の後端側がフランジ状に拡径しており、この拡径部分を外筒４０の後端に載置することにより、グロメット１３１の位置決めがされる。グロメット１３１としては、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等からなるゴムキャップを用いることができる。
【００３３】
さらに、外筒４０の後端部４０ｂの側面のうち、グロメット１３１よりも先端側の位置には、周方向に等間隔で４個（図１では３個のみ図示）の第１通気孔４１が開口している。そして、外筒４０の後端部４０ｂの径方向外側には、第１通気孔４１を塞ぐように、環状の通気性のフィルタ５０が被せられ、さらに、フィルタ５０を径方向外側から金属製筒状の保護外筒６０が囲んでいる。保護外筒６０の側面には、周方向に等間隔で４個（図１では２個のみ図示）の第２通気孔６１が開口し、フィルタ５０を介して外筒４０内部へ外気を導入可能になっている。なお、第２通気孔６１及び第１通気孔４１の先後で外筒４０及び保護外筒６０を加締めることで、外筒４０と保護外筒６０の間にフィルタ５０を保持している。フィルタ５０は、例えばフッ素系樹脂等の樹脂の多孔質構造体からなり、撥水性を有しているため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。
【００３４】
保護外筒６０は、後端部がグロメット１３１の後端面上に設けられるように径方向内側に折り曲げられてなり、後端部の中央に開口６３が形成され、開口からリード線１４１、１４１が外部に引き出されている。さらに、保護外筒６０の後端側には、外筒４０の後端部４０ｂに設けられた加締め部に加締め固定されている。つまり、グロメット１３１は、保護外筒６０及び外筒４０の両者を同時に加締めることで、外筒４０内に配置されている。
【００３５】
次に、図２を参照し、本発明の特徴部分について説明する。図２は、図１の部分拡大図である。
ガスセンサ素子３の鍔部３ａは、ガスセンサ素子３の先端側に向く先端向き面３ａｆ及び側面３ａｓを有し、鍔部３ａの先端向き面３ａｆは、径方向外側に向かって膨らむ曲面とされている。なお、本発明では、鍔部３ａの先端向き面３ａｆとは、軸線Ｏ方向に沿って略直線状に形成された側面３ａｓに対して、内側に曲がり始める変曲点Ｔを後端側の位置としている。このようにして、鍔部３ａの先端向き面３ａｆは、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄む形状をなしている。
又、外側電極３ｃはガスセンサ素子３の素子本体３ｓの外面のうち、鍔部３ａよりも先端側に形成されている。
【００３６】
一方、主体金具２０の受け面２０ｅは、鍔部３ａの先端向き面３ａｆに対向するように設けられており、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄む形状をなしている。
そして、主体金具２０の受け面２０ｅとガスセンサ素子３の鍔部３ａの先端向き面３ａｆとの間に、金属パッキン２００が介在している。この金属パッキン２００は、受け面２０ｅに当接して先端側へ向かって窄まるテーパ状をなす。
【００３７】
そして、金属パッキン２００の内側部分２００ｊは、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒが鍔部３ａの先端向き面３ａｆに馴染むようにして、鍔部３ａに面接触している。これにより、ガスセンサ１００は、接触領域Ｃを形成している。他方、金属パッキン２００の外側部分２００ｙは、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間している（隙間Ｇを形成する）。これにより、ガスセンサ１００は、離間領域Ｄを形成している。
【００３８】
この接触領域Ｃ及び離間領域Ｄは、接触領域Ｃにおける金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと軸線Ｏとの挟角の角度αが、受け面２０ｅと軸線Ｏとの挟角の角度βより小さく、且つ鍔部３ａの先端向き面３ａｆが、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面であることにより設けることができる。
【００３９】
つまり、このガスセンサ１によれば、角度αを角度βより小さくすることにより、径方向外側へ向かうにつれて金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間する離間領域Ｄを形成することができる。その結果、その結果、接触領域Ｃの外径を小さくして鍔部３ａに働く引張応力を低減することができるので、鍔部３ａにクラックが生じてガスセンサ素子３が破損することを有効に抑制できる。
【００４０】
また、このガスセンサ１によれば、鍔部３ａの先端向き面３ａｆを径方向外側に向かって膨らむ曲面としているので、これにより、金属パッキン２００の内側部分２００ｊが鍔部３ａの先端向き面３ａｆが面接触したとしても、金属パッキン２００の外側部分２００ｙでは、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン２００の後端向き面２００ｒからより離れる形態となる。つまり、鍔部３ａの先端向き面３ａｆを径方向外側に向かって膨らむ曲面とすることで、接触領域Ｃを形成しつつ、容易に離間領域Ｄをも形成することが可能となる。よって、角度αをより小さくし、鍔部３ａの先端向き面３ａｆをより軸線Ｏに沿った形態にする必要がなく、角度αを比較的大きくすることができる。その結果、金属パッキン２００の角部Ｐから鍔部３ａに掛かる衝撃力を低減し、ガスセンサ素子３の鍔部３ａに生じるクラックを抑制できる。
【００４１】
ここで、上記したように、本実施形態では鍔部３ａの先端向き面３ａｆは側面３ａｓに向かって曲面になっているので、接触領域Ｃにおける先端向き面３ａｆと軸線Ｏとの狭角の角度αは一定とはならない。
そこで、接触領域Ｃにおける金属パッキン２００の後端向き面２００ｒのそれぞれの位置での接線と軸線Ｏとの狭角の角度を取得し、それぞれを角度αを規定することにしている。つまり、特許請求の範囲における「接触領域において金属パッキンの後端向き面と軸線との挟角の角度α」は、本実施形態では、接触領域Ｃにおける金属パッキン２００後端向き面２００ｒと軸線Ｏとのなすすべての角度を表している。
なお、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと軸線Ｏとの挟角の角度αとは、図２における直線Ｌ１と軸線Ｏとにはさまれる角度を差し、受け面２０ｅと軸線Ｏとの挟角の角度βとは、図２における、直線Ｌ２とＯとにはさまれる角度を差す。
【００４２】
さらに、本実施形態では、角度αの全ての値と角度βとの角度差が１０°以下（具体的には、１°〜１０°）となっている。これにより、ガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧する間、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン２００の後端向き面２００ｒの内側の角部Ｐに常に当たり易くなることを抑制し、角部Ｐに当たったときの鍔部３ａに掛かる衝撃力が大きくなることを抑制できる。その結果、ガスセンサ素子３の鍔部３ａにクラックが生じにくくなる。
【００４３】
なお、位置ズレ抑制の観点からは、金属パッキン２００が鍔部３ａよりも大径である、つまり、金属パッキン２００の先端向き面２００ｆの径方向外側の角部Ｍは、鍔部３ａの側面３ａｓと軸線Ｏ方向に重なっているか又は側面３ａｓより径方向外側にはみ出していると好ましい。
【００４４】
次に、図３は、金属パッキン２００が鍔部３ａと主体金具２０とに組み付けられる状態を説明している。
主体金具２０内に組み付けられる前の金属パッキン素形材２００ｘは、板厚ｔ０の断面略長方形である（図３（ａ）参照）。
【００４５】
この金属パッキン素形材２００ｘは、主体金具２０の内側に後端側から挿入し、その後、金属パッキン素形材２００ｘを挿通するようにして、ガスセンサ素子３を主体金具２０の後端側から主体金具２０の内側に挿入する。その後、ガスセンサ素子３の鍔部３ａの先端向き面３ａｆを金属パッキン素形材２００ｘの角部Ｐに当接させる。（図３（ａ）参照）。
その後、主体金具２０の後端側を加締めることで、ガスセンサ素子３と主体金具２０との間に充填された粉末充填材６がガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧する。その結果、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン素形材２００ｘを押し下げ、主体金具の受け面２０ｅに沿って変形する。この際、金属パッキン２００の内側部分２００ｊは、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒが鍔部３ａの先端向き面３ａｆに馴染むようにして、鍔部３ａに面接触し、ガスセンサ１００が接触領域Ｃを形成する。他方、金属パッキン２００の外側部分２００ｙは、金属パッキン２００の後端向き面２００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間し、ガスセンサ１００が離間領域Ｄを形成する（図３（ｂ）参照）。
【００４６】
次に、図４、図５を参照し、本発明の第２の態様の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図４は、本発明の第２の態様の実施形態に係るガスセンサ１１０を軸線Ｏ方向に沿う面で切断した断面図であり、図５は図４の部分拡大図である。
【００４７】
ガスセンサ１１０は、第１の形態のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ素子３が主体金具（ハウジング）２０内に組み付けられている。このうち、ガスセンサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極が設けられ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ガスセンサ素子である。詳細には、ガスセンサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質からなる素子本体３ｓと、素子本体３ｓの内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極（基準電極）３ｂ及び外側電極（検知電極）３ｃとからなる。そして、ガスセンサ素子３の内部空間を基準ガス雰囲気とし、ガスセンサ素子３の外面に被検出ガスを接触させてガスの検知を行うようになっている。
【００４８】
ガスセンサ素子３の中央付近には、径方向外側に突出する鍔部３ａが設けられている。一方、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径しつつ先端側へ向かって窄まるテーパ状の受け面２０ｅが設けられている。さらに、主体金具２０の受け面２０ｅの後端側にパッキン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を主体金具２０及びセラミックホルダ５の内側に挿通し、セラミックホルダ５に後端側から金属パッキン３００を介してセンサ素子３の鍔部３ａを当てることにより、間接的に受け面２０ｅに後端側からセンサ素子３の鍔部３ａが当接している。
ここで、セラミックホルダ５の内周面には内側に縮径しつつ先端側へ向かって窄まるテーパ状の受け面５ｅ(図５参照)が設けられ、金属パッキン３００は、鍔部３ａと受け面５ｅとの間に係合する。従って、第２の発明においては、受け面５ｅが特許請求の範囲の「受け面」に相当する。
【００４９】
又、主体金具２０の先端部２０ｆには金属製（ステンレスなど）で筒状で二重のプロテクタ７ｃが固定され、主体金具２０から突出するガスセンサ素子３の先端がプロテクタ７ｃで覆われている。このプロテクタ７は、外側プロテクタ７ｂ及び内側プロテクタ７ａから構成されてなり、それぞれに、排気ガスをプロテクタ７の内部に取り込むための複数の孔部を形成している。
【００５０】
一方、鍔部３ａの後端側におけるガスセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状のシール材（滑石粉末）６が充填され、さらにシール材６の後端側に筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３１が配置されている。そして、絶縁部材３１の後端側に金属リング（ステンレス製の平ワッシャ）３０を配し、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、絶縁部材３１が先端側に押し付けられてシール材６を押し潰し、絶縁部材３１及びシール材６が加締め固定されるとともに、ガスセンサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされる。
【００５１】
なお、主体金具２０の中央付近には、径方向外側に突出し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と先端部２０ｆとの間の主体金具２０外側面には雄ねじ部２０ｄが形成されている。又、鍔部２０ｃの先端面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、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。
そして、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、ガスセンサ素子３の先端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。
【００５２】
さらに、主体金具２０の後端部２０ｂには、ガスセンサ素子３の後端部を覆うため、金属製筒状の外筒４０が接合されている。
さらに、外筒４０の内側には、絶縁性の筒状のセパレータ１１１が配置されている。このセパレータ１１１には、４つの挿通孔が形成されており、このうち２つの挿通孔は、それぞれ内側端子７１、外側端子９１の板状基部７４、９４が挿通されている。この各板状基部７４、９４の後端にはそれぞれ接続端部７５、９５が形成され、接続端部７５、９５にそれぞれリード線１４１、１４１が加締め接続されている。
【００５３】
また、セパレータ１１１は、セパレータ１１１を外筒４０に当接させつつ、セパレータ１１１の先端面をセパレータ１１１よりも先端側に配置した保持金具４５に当接させることで、外筒４０内に保持される。この保持金具４５は、セパレータ１１１よりも先端側に配置され、外筒４０が加締められることで外筒４０内に固定されている。
【００５４】
内側端子７１には、板状基部７４に接続し、ガスセンサ素子３の筒孔３ｄ内に内嵌された挿入部７３が設けられている。この挿入部７３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の内側に設けられた内側電極３ｂと電気的に接続される。また、外側端子９１には、板状基部９４に接続し、ガスセンサ素子３の外側に外嵌された筒状部９３が設けられている。この筒状部９３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の外側に設けられた外側電極３ｃ（詳細には外側電極３ｃから後端に延びる電極パッド）と電気的に接続される。
【００５５】
他方、セパレータ１１１の４つの挿通孔の内、残りの２つの挿通孔には、一対のヒータ用接続端子８５（図４では１つのみ図示）が挿通されている。このヒータ用接続端子８５についても、リード線１４１に加締め接続されている。他方、一対のヒータ用接続端子８５は、セラミックヒータ１５に配置された発熱抵抗体（図示せず）に電気的に接続されている。このセラミックヒータ１５は、ガスセンサ素子３の内部空間に挿入され、ガスセンサ素子３に接触している。
【００５６】
外筒４０の後端側の内側には筒状のグロメット１３１が内挿されて加締め固定されている。このグロメット１３１には、４個の挿通孔からそれぞれリード線１４１、１４１が外部に引き出されている。グロメット１３１としては、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等からなるゴムキャップを用いることができる。
【００５７】
さらに、グロメット１３１の略中央には、貫通孔１３１ａが設けられており、さらに、この貫通孔１３１ａを閉塞するようにして、撥水性及び通気性のフィルタ１４０が設けられている。このフィルタ１４０は、グロメット１３１の貫通孔１３１ａに挿入される筒状部材１３２にて固定されている。
【００５８】
次に、図５を参照し、本発明の特徴部分について説明する。図５は、図４の部分拡大図である。
ガスセンサ素子３の鍔部３ａは、第１の態様の実施形態と同様に、ガスセンサ素子３の先端側に向く先端向き面３ａｆ及び側面３ａｓを有し、鍔部３ａの先端向き面３ａｆは、径方向外側に向かって膨らむ曲面とされている。
【００５９】
一方、セラミックホルダ５の受け面５ｅは、鍔部３ａの先端向き面３ａｆに対向するように設けられており、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄む形状をなしている。
そして、セラミックホルダ５の受け面５ｅとガスセンサ素子３の鍔部３ａの先端向き面３ａｆとの間に、金属パッキン３００が介在している。この金属パッキン３００は、受け面５ｅに当接して先端側へ向かって窄まるテーパ状をなす。
【００６０】
そして、金属パッキン３００の内側部分３００ｊは、金属パッキン３００の後端向き面３００ｒが鍔部３ａの先端向き面３ａｆに馴染むようにして、鍔部３ａに面接触している。これにより、ガスセンサ１１０は、接触領域Ｃ１を形成している。他方、金属パッキン３００の外側部分３００ｙは、金属パッキン３００の後端向き面３００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間している。これにより、ガスセンサ１１０は、離間領域Ｄ１を形成している。
【００６１】
この接触領域Ｃ１及び離間領域Ｄ１は、接触領域Ｃ１における金属パッキン３００の後端向き面３００ｒと軸線Ｏとの挟角の角度α１が、受け面５ｅと軸線Ｏとの挟角の角度β１より小さく、且つ鍔部３ａの先端向き面３ａｆが、先端側に向かうにつれて径方向内側に窄むと共に、径方向外側に向かって膨らむ曲面であることにより設けることができる。
【００６２】
つまり、このガスセンサ１１０によれば、角度α１を角度β１より小さくすることにより、径方向外側へ向かうにつれて金属パッキン３００の後端向き面３００ｒと鍔部３ａの先端向き面３ａｆとが離間する離間領域Ｄ１を形成することができる。その結果、その結果、接触領域Ｃの外径を小さくして鍔部３ａに働く引張応力を低減することができるので、鍔部３ａにクラックが生じてガスセンサ素子３が破損することを有効に抑制できる。
【００６３】
また、このガスセンサ１１０によれば、鍔部３ａの先端向き面３ａｆを径方向外側に向かって膨らむ曲面としているので、これにより、金属パッキン３００の内側部分３００ｊが鍔部３ａの先端向き面３ａｆが面接触したとしても、金属パッキン３００の外側部分３００ｙでは、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン３００の後端向き面３００ｒからより離れる形態となる。つまり、鍔部３ａの先端向き面３ａｆを径方向外側に向かって膨らむ曲面とすることで、接触領域Ｃ１を形成しつつ、容易に離間領域Ｄ１をも形成することが可能となる。よって、角度α１をより小さくし、鍔部３ａの先端向き面３ａｆをより軸線Ｏに沿った形態にする必要がなく、角度α１を比較的大きくすることができる。その結果、金属パッキン３００の角部Ｐ１から鍔部３ａに掛かる衝撃力を低減し、ガスセンサ素子３の鍔部３ａに生じるクラックを抑制できる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、角度α１の全ての値と角度β１との角度差が１０°以下（具体的には、１°〜１０°）となっている。これにより、ガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧する間、鍔部３ａの先端向き面３ａｆが金属パッキン３００の後端向き面３００ｒの内側の角部Ｐ１に常に当たり易くなることを抑制し、角部Ｐ１に当たったときの鍔部３ａに掛かる衝撃力が大きくなることを抑制できる。その結果、ガスセンサ素子３の鍔部３ａにクラックが生じにくくなる。
【００６５】
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。
例えば、上記実施形態はガスセンサ素子として、有底筒状の固体電解質からなる素子本体を有していたが、これに限られず、ガスセンサ素子として、板状や棒状の物であっても良い。
また、上記実施形態では、金属パッキンとして、断面略長方形である板状のパッキンを用いたが、これに限られず、断面が略台形状の金属パッキンを用いても良い。
【符号の説明】
【００６６】
３    ガスセンサ素子
３ａ    鍔部
３ａｆ    鍔部の先端向き面
３ｂ    内側電極
３ｃ    外側電極
３ｓ    素子本体
５    セラミックホルダ
５ｅ    セラミックホルダの受け面
１００、１１０    ガスセンサ
２０    主体金具
２０ｅ    主体金具の受け面
２００、３００    金属パッキン
２００ｒ、３００ｒ    金属パッキンの後端向き面
Ｃ、Ｃ１    接触領域
Ｄ、Ｄ１    離間領域
Ｏ    軸線
α、α１    金属パッキンの後端向き面と軸線との狭角の角度
β、β１    受け面と軸線との狭角の角度
【図１】
2015111065.tif 000003
【図２】
2015111065.tif 000004
【図３】
2015111065.tif 000005
【図４】
2015111065.tif 000006
【図５】
2015111065.tif 000007
【図６】
2015111065.tif 000008