(57)【要約】【課題】  フィルタを、外筒の後端開口部に嵌挿される外筒蓋の通気孔に容易かつ安価に取付可能なガスセンサを提供する。【解決手段】  ガスセンサとしての酸素センサ１は、外筒１３を上部から閉塞するゴム製の外筒蓋３０に、外筒１３内に大気を取り込むための通気孔３１を備えている。そして、この通気孔３１には、所定の境界で拡径された管状部材５１と、撥水及び撥油性を備えたシート状のフィルタ５３と、Ｏリング５５とからなるフィルタユニット５０が嵌挿されている。大径部の上方端部は曲げ加工により折曲されており、この折曲部は、大径部と小径部との間に形成された段部との間でフィルタ５３及びＯリング５５を挟持している。つまり、フィルタ５３が、管状部材５１の内側に配置されている。このフィルタユニット５０では、フィルタサイズが通気孔３１と同程度で済み、更には、簡単にフィルタ５３を外筒蓋３０の所定位置に取り付けることが可能である。【選択図】  図４
2008157965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に一対の電極が形成された検出素子と、
軸方向に形成された貫通孔を有すると共に、該貫通孔の先端側から前記検出素子の先端部を被測定ガスに晒すようにして、前記検出素子を前記貫通孔内に保持する主体金具と、
該主体金具の後端側に設けられ、前記検出素子を内部に収容する外筒と、
該外筒の後端開口部に嵌挿されると共に、自身の後端面から先端面に向けて貫通し、該外筒の内部と外部との気体の流通経路となる通気孔を有する外筒蓋と、
を備えたガスセンサであって、
前記外筒蓋の通気孔に嵌挿される管状部材と、該管状部材の内側に配置されると共に、その内側で固定されて前記通気孔を塞ぐ通気性及び撥水性を有するフィルタと、からなるフィルタユニット、
を前記外筒蓋に備えていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記管状部材は、前記外筒蓋の先端部に係止する第一係止部と、前記外筒蓋の後端部に係止する第二係止部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記フィルタは、前記外筒蓋の前記通気孔より後端側に配置されるように、前記管状部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記フィルタは、前記外筒蓋の前記通気孔内に配置されるように、前記管状部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記外筒蓋の後端面に、一端側が前記通気孔に連通し、他端側が前記外筒蓋の側壁面に開放する溝部が形成されており、前記フィルタは、溝部の最深部よりも後端側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記外筒蓋は、前記検出素子と電気的に接続するリード線を挿通するためのリード線用貫通孔を複数有しており、前記外筒蓋の後端面において、前記溝部が、前記リード線用貫通孔と干渉しない位置に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記フィルタは、撥油性を兼ね備えたフィルタであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記フィルタユニットは、前記管状部材の内側において、複数のフィルタが固定された構成にされていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記フィルタユニットは、前記管状部材の内側において、前記フィルタを露出させる複数の開口部を備えた仕切り板が当該フィルタより後端側に固定された構成にされていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記フィルタユニットは、前記フィルタを前記管状部材の内側で水密に固定するためのシール部材を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項１１】
前記管状部材は、前記フィルタを自身内側の所定位置に固定するためのフィルタ固定部を備え、
前記フィルタユニットは、前記フィルタ及び前記シール部材としてのＯリングが、管状部材内側方向に折曲された該管状部材端部と前記フィルタ固定部との間で挟持されて固定された構成にされていることを特徴とする請求項１０に記載のガスセンサ。
【請求項１２】
前記管状部材は、所定の境界で拡径され、該拡径により形成された段部を、前記フィルタ固定部として内壁に有する構成にされており、
前記フィルタユニットは、該拡径された一端側で該段部に前記Ｏリング及び前記フィルタが重なるように配置され、該管状部材内側方向に折曲された該一端側の管状部材端部によって、前記Ｏリング及び前記フィルタが前記段部と前記管状部材端部との間で挟持されて固定された構成にされていること特徴とする請求項１１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、酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に一対の電極が形成された検出素子を備え、被測定ガスの濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、混合ガス中から特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサとしては、ＨＣセンサやＮＯｘセンサ等様々な種類のものが知られているが、その内の一つとして、酸素イオン伝導性の固体電解質体からなる検出素子を備えた酸素センサが知られている。
【０００３】
図１０に示すように、一般的な酸素センサ１０１の検出素子１０２は、固体電解質体により先端側が閉塞され後端側が開口された有底筒状体の内外表面に、内側電極１０２ａと、外側電極１０２ｂと、が形成された構成にされており、酸素センサ１０１は、検出素子１０２の外側の被測定ガスと、筒状体の内部空間１０２ｃに充満する基準ガスとしての大気と、の濃度差によって電極間に生じる起電力により、被測定ガスの酸素濃度を検出する。
【０００４】
このような原理で被測定ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ１０１は、主体金具１１１の軸方向に形成された貫通孔１１２の先端側から検出素子１０２の先端部を被測定ガスに晒させるように、該検出素子１０２を主体金具１１１にて保持し、周囲の粉塵や、水、油、飛石等から保護するために、外筒１１３にて検出素子を覆うようにしている。また、酸素センサ１０１は、外筒１１３の後端開口部をゴム製のシール部材である外筒蓋１３０によって閉塞している。
【０００５】
ただし、完全な閉塞状態では、酸素センサ１０１内部に収容された検出素子１０２の内部空間１０２ｃに、十分な大気（基準ガス）を送り込むことができなくなってしまうので、この種の酸素センサ１０１の外筒蓋１３０に、通気孔１３１を設けたものが知られている。
【０００６】
この通気孔１３１には、水の外筒１１３内部への侵入を防ぎつつ、大気を選択的に外筒１１３内部に導入するための通気性及び撥水性を有するフィルタ１５３が、通気孔１３１を塞ぐようにして設けられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９３６３２号（第３図参照）
【特許文献２】特開２００１−２０８７２４号（第１図参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献に記載の酸素センサでは、通気孔内面全体にフィルタが接するように他部材を用いてフィルタを固定することによって、通気孔をフィルタで塞いでいたため、センサの製造コストが高くなってしまったり、センサの製造過程でフィルタが破損してしまうことがあった。
【０００９】
つまり、上述した特許文献に記載の酸素センサでは、図１１に示すように、シート状のフィルタ１５３を、筒状の挿入部材１５１に被せて、これを前方（主体金具側）から通気孔１３１内部に押し込むことにより、通気孔１３１内面にフィルタ１５３を接触させつつ、該通気孔１３１をフィルタ１５３で塞いでいた。そのために、通気孔１３１に挿入部材１５１を押し込む過程で、フィルタ１５３が、挿入方向とは反対方向に引っ張られ、破れてしまうことがあった。
【００１０】
また、このような方法で通気孔１３１をフィルタ１５３にて塞ぐ場合には、フィルタ１５３を挿入部材１５１の外部に配置させて、通気孔１３１内面と挿入部材１５１の外周面との間で挟持させて固定させる設計上、通気孔１３１の径より十分大きいサイズのフィルタ１５３を用意しなければならないため、製造コストが高くなり、無駄が多かった。
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、簡単で安価にフィルタを通気孔に取り付け可能な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】
【００１２】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に一対の電極が形成された検出素子と、軸方向に形成された貫通孔を有すると共に、その貫通孔の先端側から検出素子の先端部を被測定ガスに晒すようにして、検出素子を貫通孔内に保持する主体金具と、主体金具の後端側に設けられ、検出素子を内部に収容する外筒と、その外筒の後端開口部に嵌挿されると共に、自身の後端面から先端面に向けて貫通し、外筒の内部と外部との気体の流通経路となる通気孔を有する外筒蓋と、を備えたガスセンサに、ガスセンサ本体とは別体で形成したフィルタユニットを設けている。
【００１３】
フィルタユニットは、外筒蓋の通気孔に嵌挿される管状部材と、その管状部材の内側に配置され、その管状部材の内側に固定された通気性及び撥水性を有するフィルタと、を備えており、外筒蓋の通気孔に嵌挿されて通気孔をフィルタで閉塞する構成にされている。
【００１４】
このように構成されたガスセンサにおいては、管状部材の内側（内部）でフィルタを固定するフィルタユニットを用いることから、そのフィルタユニットを外筒蓋の通気孔に嵌挿すれば簡単に通気孔をフィルタで閉塞することができる。換言すると、本発明においては、フィルタユニットを通気孔に取り付けることで、簡単に、ガスセンサを、フィルタの機能によって通気孔から水滴や粉塵等が外筒内部に侵入するのを防止しつつ、外筒の内部と外部とで気体の流通が可能な構成にすることができる。したがって、本発明のガスセンサにおいては、製品の生産性を向上させることができる。
【００１５】
また従来のガスセンサにおいては、フィルタを挿入部材の外部にセットして直接通気孔内に押し込むようにして外筒蓋に装着する方法を採用していたため、挿入途中でフィルタが損傷してしまうことがあったが、本発明においては、予め管状部材内側にフィルタを装着させているので、フィルタユニット嵌挿時にフィルタを破損させなくて済む。したがって、本発明のガスセンサにおいては、製品の製造コストを抑えることができ、フィルタの信頼性ひいてはガスセンサの信頼性を向上させることができる。
【００１６】
ところで、このように別体でフィルタユニットを構成すると、フィルタユニットを単に外筒蓋に嵌挿して取り付けるだけでは、取付後においてガスセンサが振動を受けたりすることによって、フィルタユニットが通気孔から抜け出てしまう可能性がある。したがって、フィルタユニットが外筒蓋から抜け出てしまうのを防止するためには、例えば接着剤等でフィルタユニットを外筒蓋に固定するのがよい。
【００１７】
ただし、接着剤は時間が経過するとその性能が低下するため、長期間しっかりとフィルタユニットを外筒蓋に固定することができない可能性がある。
このため、請求項１に記載のガスセンサにおいては、請求項２に記載のように、管状部材に、外筒蓋の先端部（主体金具側）に係止する第一係止部と、外筒蓋の後端部（主体金具とは反対側）に係止する第二係止部とを設けるのが良い。
【００１８】
請求項２に記載のガスセンサにおいては、フィルタユニットが、第一係止部及び第二係止部によって通気孔の両開口部側から外筒蓋を挟み込むようにして自身を外筒蓋に固定するため、接着剤等を用いる場合よりも確実にフィルタユニットの抜けを防止することが可能である。
【００１９】
この他、フィルタユニット内において、フィルタは、管状部材の内側であればどの位置に固定されていてもよく、またフィルタの通気孔に対する配置位置についても、ガスセンサの取り付け位置や使用環境を考慮して適宜設定すればよい。具体的には、請求項３に記載のように、フィルタが、外筒蓋の通気孔より後端側に配置されるように、管状部材に固定されるようにしてもよい。このようにフィルタを外筒蓋の通気孔より後端側に配置させることにより、フィルタ上面（ガスセンサの後端側に位置することになる面）は、外筒蓋の後端面（主体金具とは反対側に位置する面）よりも後方側に位置することになるため、ガスセンサ使用時にフィルタ上面に水が溜まってしまったり、埃が堆積したりすることを効果的に抑制することができる。
【００２０】
ただし、フィルタを外筒蓋の通気孔より後端側に配置するように管状部材に固定させた場合、フィルタ上面に水が溜まることを抑制することができる反面、飛石等によるフィルタの破損の危険が増すことになる。そこで、請求項４に記載のように、フィルタが、外筒蓋の通気孔内に配置されるように、管状部材に固定されるようにしてもよい。このように、フィルタを外筒蓋の通気孔内に配置させることにより、フィルタ上面は、外筒蓋の後端面よりも前方側に位置することになるため、飛石等がフィルタに当たることを有効に防ぐことができ、フィルタの破損を効果的に抑制することができる。
【００２１】
ただし、フィルタを外筒蓋の通気孔内に配置させた場合には、飛石等によるフィルタの破損を抑制することができる反面、上述したようにフィルタ上面への水等が溜まることが懸念される。そこで、フィルタ上面に水等が溜まる問題、および飛石等によるフィルタの破損問題の両者を解決するガスセンサの構造として、請求項５に記載のように、フィルタが、外筒蓋の通気孔内に配置されるように管状部材に固定される構成（上述した請求項４に記載の構成）を前提にしつつ、外筒蓋の後端面に、一端側が通気孔に連通し、他端側が外筒蓋の側壁面に開放する溝部を形成し、フィルタを、溝部の最深部よりも後端側に配置させるように構成するとよい。
【００２２】
すなわち、本発明（請求項５）のガスセンサでは、フィルタを外筒蓋の通気孔内に配置させることにより、上述したようにフィルタよりも高い位置に外筒蓋の後端面が位置することから、フィルタの飛石等による破損を防止することができる。加えて、本発明（請求項５）のガスセンサでは、外筒蓋の後端面において、一端側（内側）が通気孔に連通し、他端側（外側）外筒蓋の側壁面に開放する溝部を設け、この溝部の最深部よりも後端側にフィルタを配置させることによって、フィルタ上に水等がかかった場合にも、この水をフィルタよりも低い位置にある溝部を介して外筒蓋の径方向外側に排出することが可能となる。つまり、フィルタを基準にして、外筒蓋の後端面を高い位置に配置させつつ、上記溝部の最深部を低い位置に配置させることによって、フィルタ上面に水等が溜まる問題、および飛石等によるフィルタの破損問題の両者を一挙に解決することができる。なお、溝部の形状は特に限定されず、断面形状においてＵ字状やＶ字状に形成することができる。
【００２３】
上記溝部については、請求項６に記載のように、外筒蓋は、検出素子と電気的に接続するリード線を挿通するためのリード線用貫通孔を複数有しており、外筒蓋の後端面において、溝部がリード線用貫通孔と干渉しない位置に複数形成されているとよい。つまり、外筒蓋の限られた堆積を有効活用して溝部を形成することによって、フィルタ上面にかかる水等を、溝部を介して効率良く外筒蓋の径方向外側に向かって排出することが可能となる。
【００２４】
また、フィルタとしては、請求項７に記載のように、撥油性を兼ね備えたフィルタを用いるのが良い。
通気孔を水密に塞ぐためには、上記フィルタとして、撥水性のフィルタを用いればよいが、撥水性のフィルタは、油が付着するとその撥水性を十分に発揮できなくなってしまう。このような問題に鑑み、請求項７に記載のガスセンサでは、フィルタに撥油処理を施すなどして撥油性を持たせるようにしている。特に、車両用のガスセンサ等は油に汚染される可能性があるので、このようにフィルタユニットに撥油性のフィルタを用いれば、長期に渡ってフィルタユニットの性能を維持することができる。
【００２５】
また、本発明のガスセンサにおいては、請求項７に記載のように、フィルタユニットは、管状部材の内側において、複数のフィルタが固定された構成とするとよい。このように複数のフィルタを管状部材の内側に設けることにより、最外層に配置されることになるフィルタが万が一破れることがあっても、他のフィルタにより防水性を維持することができる。なお、複数のフィルタを管状部材の内側に配置させるにあたっては、複数のフィルタを重ねて、または管状状部材の中心軸線方向に対して所定の間隔をもって配置させることができる。
【００２６】
さらに、本発明のガスセンサにおいては、請求項８に記載のように、フィルタユニットは、管状部材の内側において、フィルタを露出させる複数の開口部を備えた仕切り板が当該フィルタより後端側に固定された構成にされているとよい。このようにフィルタの後端側（換言すれば、フィルタ上面）に複数の開口部を備えた仕切り板を配置させることにより、飛石等によるフィルタの破損を有効に防止しつつ、外筒内に大気を導入させることが可能となる。
【００２７】
この他、フィルタユニット内部を水密に保持するためには、請求項１０に記載のように、フィルタを管状部材の内側で水密に固定するためのシール部材を、フィルタユニット内部に設けるのが良い。
このようなシール部材を備えるフィルタユニットをガスセンサの通気孔に嵌挿すれば、フィルタと管状部材との間の空隙を介して水滴等がフィルタユニット内部に侵入し、外筒内部が水滴等で汚染されるのを十分に抑制することができ、結果、ガスセンサの性能を長期にわたって維持することが可能である。尚、シール部材は、フィルタ外縁を管状部材内壁に接着可能な接着剤であってもよいし、Ｏリングのようなゴム製シール部材であってもよい。特に、ゴム製シール部材を用いると、熱がかかった際にゴムが管状部材内壁に接着するから、ガスセンサ内部の気密対策に有効である。
【００２８】
また、フィルタユニットの生産性を考慮するならば、例えば、請求項１１に記載のようにガスセンサを構成するのがよい。
請求項１１に記載のガスセンサにおいては、フィルタを管状部材内側の所定位置に固定するためのフィルタ固定部が管状部材に設けられており、フィルタユニットは、フィルタ及びシール部材としてのＯリングを管状部材内側方向に折曲された管状部材の端部とフィルタ固定部の間で挟持して固定する構成にされている。
【００２９】
このような構成のガスセンサにおいては、管状部材の内側に形成されるフィルタ固定部に、Ｏリング及びフィルタを重ねるように収納し、この後に、曲げ加工等で管状部材の端部を当該部材の内側方向に折曲することで、フィルタユニットを完成させることができ、簡単かつ効率的にフィルタユニットを製造することが可能である。
【００３０】
この他、フィルタユニットは具体的に請求項１２に記載のように構成されているのがよい。
請求項１２に記載のガスセンサにおいては、管状部材を所定の境界で拡径することにより、管状部材内壁に上記フィルタ固定部としての段部を形成し、管状部材の拡径された一端側で上記段部にＯリング及びフィルタを重ねるように配置して管状部材内側にＯリング及びフィルタを収納している。
【００３１】
また、請求項１２に記載のガスセンサにおいては、一端側の管状部材端部を管状部材内側方向に折曲することによって、Ｏリング及びフィルタを、フィルタ固定部としての段部と管状部材端部との間で挟持するようにし、これによってＯリング及びフィルタを固定するように、フィルタユニットを構成している。
【００３２】
このように管状部材の拡径により段部を形成する方法を採用すると、簡単に管状部材の内側にフィルタ固定部を形成することができる。
また拡径により管状部材に段部を形成すると、段部に対応する管状部材外壁に、請求項２における第一係止部又は第二係止部を形成することができるので、フィルタユニット製造時の工程数を少なくすることができて、フィルタユニットの生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に本発明の実施例について、図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用された第一実施例の酸素センサ１の構成を表す概略断面図である。
【００３４】
図１に示すように、ガスセンサの一つである第一実施例の酸素センサ１は、検出素子２、検出素子２を適切な温度で動作させるためのセラミックヒータ３、センサ各部を内側に収容するためのケーシング１０、などから構成されている。
検出素子２は、ＺｒＯ2を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先端が閉じた中空軸状に形成され、更に、内面及び外面にプラチナ（Ｐｔ）からなる一対の多孔質電極層（内側電極２ａ，外側電極２ｂ）が形成された構成にされている。また、セラミックヒータ３は、軸状に構成され、検出素子２の内部空間２ｃに配置されている。
【００３５】
一方、ケーシング１０は、検出素子２を保持するための主体金具１１、検出素子２を含むセンサ内部を保護するための外筒１３、などから構成されている。
主体金具１１は、両端部が開口された中空状に形成され、中央側壁に凸状の段部１１ａを備えた構成にされている。また、主体金具１１は、軸方向に形成された貫通孔１１ｂを有しており、その貫通孔１１ｂの先端側から検出素子２の閉じた先端部を後述する管内に充満する被測定ガスに晒すように突出させ、また貫通孔１１ｂの後端側から検出素子２の後端部を突出させるようにして、貫通孔１１ｂ内にて検出素子２を保持するようにされている。
【００３６】
即ち、検出素子２は、主体金具１１に対して絶縁性セラミックから形成されたセラミックホルダ１５，１６とタルクから形成されたセラミック粉末１７とを介して、検出素子２の軸方向における中央部付近の外周を電気的に絶縁した状態で保持される。
【００３７】
また、主体金具１１の外周には、排気管等の被測定ガスが充満する管１９の壁面に形成された取付孔１９ａに螺合可能な取付ねじ部１１ｃが形成されており、主体金具１１は、取付孔１９ａに螺合して酸素センサ１を管１９に固定し、検出素子２の先端部を管内側に配置するようにされている。
【００３８】
この他、主体金具１１の先端部には、検出素子２の先端部を一定の間隔を隔てて覆うように第一プロテクタ２１及び第二プロテクタ２３が取り付けられている。この第一プロテクタ２１及び第二プロテクタ２３には、被測定ガスをプロテクタ２１，２３内側に導入するための複数のガス透過口２１ａ，２３ａが形成されている。
【００３９】
また、外筒１３は、円筒状に形成されており、先端開口部が、主体金具１１のうちで管１９より外側に位置する段部１１ａよりも後方側の部分に外嵌され、固着されている。この外筒１３は、検出素子２を外部の水、油、粉塵、飛石等から保護するようにして内部に収容している。
【００４０】
また、外筒１３は、検出素子２より後方側で、セラミックにより筒状に形成された絶縁性のセパレータ２７を収容している。
セパレータ２７は、外周面に鍔部２７ａを備えており、この鍔部２７ａによって外筒１３に形成された径方向内側に突出する凸部１３ａに係止され、外筒１３内部の所定位置に固定されている。また、セパレータ２７は、軸方向に形成された貫通孔を複数有しており、この貫通孔内に外筒蓋３０を介して外部から導入されたリード線３５，４１，４７を収容している。
【００４１】
外筒蓋３０は、円柱形状のゴム（例えば、フッ素ゴム）からなり、外筒１３の後端開口部に嵌合され、外筒１３内部を水、油、粉塵等から保護するシール部材として機能する。また、この外筒蓋３０は、中心部に外筒１３内部を軸方向に貫通する通気孔３１を備え、更に、その通気孔３１の周囲に、リード線を外部から外筒内部に導入するための複数個（本実施例では４つ）のリード線用貫通孔３３を備えている。
【００４２】
つまり、当該酸素センサ１においては、検出素子２の内側電極２ａに電気的に接続されるリード線３５と、検出素子２の外側電極２ｂに電気的に接続されるリード線４１と、セラミックヒータ３に接続される一対のリード線４７（図示しない一方のリード線は、図面前方に配置されている。）と、が各リード線用貫通孔３３を挿通してセパレータ２７内部に導入されている。
【００４３】
尚具体的に、検出素子２用の一方のリード線３５は、コネクタ部３６、引出し部３７、及び、内部電極に接触する筒状の内部電極接続部３８、で構成される端子金具を経て、検出素子２の内側電極２ａと電気的に接続され、他方のリード線４１は、コネクタ部４２、引出し部４３、及び、外部電極接続部４４、で構成される端子金具を経て、検出素子２の外側電極２ｂと電気的に接続されている。
【００４４】
また、セラミックヒータ３通電用の一対のヒータ用リード線４７は、外筒蓋３０、セパレータ２７内を通り、セラミックヒータ３の後端部に形成された一対のヒータ端子部４８に接続され、このヒータ端子部４８を経て、セラミックヒータ３内に埋設された図示しない発熱用抵抗回路に通電されている。
【００４５】
次に、外筒蓋３０の通気孔３１に嵌挿されたフィルタユニット５０の構成について図２を用いて説明する。尚、図２は、フィルタユニット５０の外筒蓋３０への取付態様を表す説明図であり、外筒蓋３０に固定する前のフィルタユニット５０の軸方向に沿う概略断面図である。
【００４６】
フィルタユニット５０は、所定の境界Ａで拡径された円筒状の管状部材５１、シート状のフィルタ５３、シール部材としてのＯリング５５、などから構成されている。
管状部材５１は、境界Ａより前方側の（主体金具側に配置される）小径部５１ａと、境界Ａより後方側の（主体金具とは反対側に配置される）大径部５１ｂと、から構成されており、小径部５１ａの外径は、外筒蓋３０に形成された通気孔３１の内径と略同一寸法にされ、小径部５１ａの軸方向長さは、外筒蓋３０の軸方向長さと略同一寸法にされている。また、上記拡径により管状部材５１は、境界Ａにおいて、内壁に段部５１ｃを備えた構成にされている。
【００４７】
一方、フィルタ５３は、水（水滴等）や油などの液体の透過は阻止し、気体（空気等）の透過は許容する撥水性及び撥油性を備えた通気性のフィルタから構成されており、シート状で、外径が管状部材５１の大径部５１ｂの内径と略同程度の大きさの円状に形成されている。
【００４８】
尚具体的に、本実施例のフィルタ５３としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる撥水性の多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株））に、撥油処理（例えばゴアテックスのオレオ処理）を施したものが使用されている。
【００４９】
ここで、フィルタ５３に撥油処理を施すのは、本実施例の酸素センサ１が、自動車等の車両内で使用される場合があるためである。仮に、多孔質繊維構造体に油が付着すると、これによって多孔質繊維構造体に付着した水の表面張力が低下するため、フィルタの撥水性が十分に発揮できない可能性があるが、本実施例のように、フィルタ５３に撥油処理を施すと、フィルタ５３の撥水性を十分に発揮させることができ、水滴がフィルタ５３を透過してしまうのを防止することができる。
【００５０】
この他、フィルタユニット５０のＯリング５５としては、外径が管状部材５１の大径部５１ｂの内径と略一致するものが用いられている。
ところで、本実施例のフィルタユニット５０は、管状部材５１の段部５１ｃ上に、Ｏリング５５及びフィルタ５３を、フィルタ５３が上になるようにして順に収容した後、大径部５１ｂの後端部を曲げ加工して、大径部中央方向（図２の小矢印方向）に折曲（折曲部５１ｄ）することによって作られている。
【００５１】
この曲げ加工によって、フィルタユニット５０は、段部５１ｃと折曲部５１ｄとの間でＯリング５５及びフィルタ５３を挟持し、これによって、Ｏリング５５及びフィルタ５３を管状部材５１の内側の所定位置で固定しつつ、管状部材５１内側の水、油、粉塵等の侵入口となり得る空隙（例えば、フィルタ５３外縁と管状部材内壁との間の隙間）を閉塞している。
【００５２】
また、本実施例においては、このように構成されたフィルタユニット５０を、外筒蓋３０の通気孔３１に挿入した後、小径部５１ａの先端を外筒蓋３０先端で径方向外側に向かって曲げ加工することによって、外筒蓋３０に固定している。尚、図３は、曲げ加工後のフィルタユニット５０の構成を示したフィルタユニット５０及び外筒蓋３０の概略断面図である。
【００５３】
この曲げ加工後において、フィルタユニット５０は、境界Ａでの径の変化にともなって形成される管状部材５１の段部５１ｃ（第二係止部）の外面５１ｅで外筒蓋３０の後端部に係止され、曲げ加工によってフィルタユニット５０先端に形成される折曲部５１ｆ（第一係止部）によって、外筒蓋３０の先端部に係止される。
【００５４】
また、本実施例においては、上述のようにして外筒蓋３０にフィルタユニット５０を固定した後、各リード線３５，４１，４７を各リード線用貫通孔３３に通しつつ、外筒蓋３０を外筒１３の後端開口部に嵌合し、嵌合後に外筒１３側面を径方向内側に向かって曲げ加工を加えることによって、その外筒蓋３０を外筒１３の後端部内側に固定している。これにより、外筒１３と外筒蓋３０との境界及び各リード線と外筒蓋３０の各リード線用貫通孔３３との境界は、外筒蓋３０の弾性によって閉塞されて、外筒１３内部は外部から水密に隔離される。
【００５５】
また一方で、被測定ガスの酸素濃度測定に必要な基準ガスとしての大気は、通気孔３１に装着されたフィルタユニット５０を介して、図４に示す矢印のように外筒１３内部に導入され、検出素子２内壁とセラミックヒータ３との間の隙間を介して、その検出素子２の内部空間２ｃに供給される。尚、図４は、酸素センサ１の上部を拡大して表した概略断面図である。
【００５６】
以上、第一実施例の酸素センサ１について説明したが、この酸素センサ１においては、予めフィルタ５３を管状部材５１の内側に固定したフィルタユニット５０を別体で形成し、この後にフィルタユニット５０を通気孔３１に嵌挿する方法で、通気孔３１をフィルタ５３で塞ぐため、従来のような通気孔３１にフィルタを挿入部材の外側に配置させつつ挿入する構成であるが故にフィルタが破れてしまうといった問題を解消することができるし、装着が簡単であるので酸素センサ１の生産性を向上させることができる。
【００５７】
また、ガスセンサにはリード線が５本のものなど種々のタイプがあるが、第一実施例のようにフィルタユニット５０を別体で製造しておくと、異なるタイプのガスセンサにおいても通気孔３１のサイズを合わせておけば、フィルタユニット５０をそのガスセンサに容易に流用することが可能である。したがって、第一実施例のようにフィルタユニット５０を通気孔３１に嵌挿する方法を採用すれば、ガスセンサの製造コストを抑えることができる。
【００５８】
この他、第一実施例では、Ｏリング５５の弾性力でフィルタ５３を折曲部５１ｄと段部５１ｃとの間で挟持することにより、フィルタ５３を管状部材５１の大径部５１ｂ内で固定する方法を採用しているため、フィルタ５３の径を通気孔３１の径より若干大きくしておく程度で、通気孔３１を塞ぐようにしてフィルタ５３を管状部材５１内部にしっかりと固定することが可能である。したがって、本実施例の酸素センサ１においては、高価なフィルタ５３の使用量を抑えることができて、酸素センサ１の製造コストを抑えることができる。
【００５９】
また第一実施例においては、Ｏリング５５がフィルタ５３の外縁側からの水滴等の侵入を阻止する役割を果たすため、フィルタユニット５０内部を水密に維持することが可能で、長期に渡り、外筒１３内部を水滴や油、粉塵等から保護することが可能である。
【００６０】
また、酸素センサ１では、フィルタユニット５０を段部５１ｃの外面５１ｅと折曲部５１ｆとにより外筒蓋３０にしっかりと固定しているため、フィルタユニット５０が外筒蓋３０から抜け落ちてしまうのを十分に抑制することができる。
この他、酸素センサ１では、大径部５１ｂが通気孔３１より後方側の外側に配置されているため、大径部５１ｂ内のフィルタ５３近傍には埃が溜まりにくく便利である。つまり、この酸素センサ１においては、埃が蓄積してフィルタ５３の通気性を悪化させることを防止することができる。
【００６１】
次に、第二実施例の酸素センサ６１の要部構成について図５を示しつつ説明する。尚、図５は、第二実施例の酸素センサ６１の上部構成を概略的に表した断面図である。また、以下では、第一実施例の酸素センサ１と構成の異なる部分について述べることとし、同一構成の各部の説明については省略することとする。
【００６２】
図５に示すように、第二実施例の酸素センサ６１においては、フィルタユニット７０の軸方向の長さを外筒蓋６３の軸方向の長さと略同一にし、外筒蓋６３の通気孔６５をフィルタユニット７０の外形に合わせて所定の境界より上方で拡径し、管状部材７１の小径部７１ａのみならず大径部７１ｂを通気孔６５内に収容するようにしている。
【００６３】
即ち、第二実施例において、外筒蓋６３の通気孔６５は、内径が管状部材７１の大径部７１ｂの外径と略同一寸法にされた大径部６５ｂと、内径が管状部材７１の小径部７１ａの外径と略同一寸法にされた小径部６５ａと、から構成されている。
【００６４】
また、フィルタユニット７０の管状部材７１は、通気孔６５の大径部６５ｂに嵌合する大きさの大径部７１ｂと、通気孔６５の小径部６５ａに嵌合する大きさの小径部７１ａと、からなり、フィルタユニット７０は、曲げ加工により上端に形成された折曲部７１ｄと、大径部７１ｂと小径部７１ａとの境界に形成された段部７１ｃとの間となる大径部７１ｂ内側にＯリング５５及びフィルタ５３を収容した構成にされている。
【００６５】
このような構成のフィルタユニット７０は、外筒蓋６３の後端側から通気孔６５内に嵌挿され、この嵌挿後に、先端部が通気孔６５の径方向外側に向かって曲げ加工されて、外筒蓋６３に固定される。尚、この状態において、フィルタ５３は、外筒蓋６３の後端面と略同一位置に固定される。
【００６６】
以上に説明した第二実施例における酸素センサ６１は、フィルタユニット７０の略全体を通気孔６５に収容する構成のため、この酸素センサ６１によれば、フィルタユニット７０が外筒蓋６３より突出するのを解消することができて、酸素センサ６１を小型化することができる。
【００６７】
この他、第二実施例における酸素センサ６１は、図６に示す酸素センサ８１のように変形することが可能である。尚、図６は、酸素センサ８１の要部構成を概略的に表した説明図である。
図６に示す酸素センサ８１は、上記第二実施例の酸素センサ６１の通気孔小径部６５ａの径を小さくし（通気孔６５’の小径部６５ａ’）、これに合わせて、フィルタユニット７０の小径部７１ａの径を小さくした（管状部材７１’の小径部７１ａ’）ものである。
【００６８】
この変形例から理解できるように、上記構成のフィルタユニット７０’では、外筒蓋６３の通気孔小径部６５ａ’が小さい場合でも、フィルタ５３のサイズを大きいままにしておくことができるので、通気孔小径部６５ａ’を小さくすることにより基準ガスの通気量が悪くなるのをある程度抑制することができる。換言すると、通気孔を小さくしてもなお通気量を確保することができる。
【００６９】
したがって、このようなフィルタユニット７０’を使用する場合においては、酸素センサ８１の設計過程において、通気孔６５’のサイズを従来より自由に設定することができる。
尚、上述したように、本発明のガスセンサにおけるフィルタユニットの第一係止部は、フィルタユニット５０の折曲部５１ｆに相当し、第二係止部は、フィルタユニット５０の段部５１ｃの外面５１ｅに相当する。
【００７０】
また、本発明のガスセンサは、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例においては、フィルタ５３を、外筒蓋３０の後方側で、管状部材５１の内側に配置するようにしたが、フィルタ５３を外筒蓋３０の前方（先端）側に配置してもよい。
【００７１】
この他、本実施例においては、フィルタユニット５０，７０，７０’内においてＯリング５５を一つ配置しただけであるが、例えば、段部５１ｃ側と折曲部５１ｄ側にＯリングをそれぞれ配置し、大径部５１ｂ内においてフィルタ５３を一対のＯリングで挟み込むようにしてもよい。このようにすれば、フィルタユニット５０，７０，７０’のシール性を一層高めることが可能である。
【００７２】
また、本発明を図１０に示した従来の酸素センサ１０１に適用することも可能である。
さらに、本実施例では、検出素子２を先端が閉じた中空軸状の有底筒状体としたが、板状に形成された酸素イオン導電性固体電解質体の表面に一対の電極が形成されたタイプを用いることもできる。その他に、一対の電極が形成された板状の酸素イオン伝導性固体電解質体に対し、板状のセラミックヒータが一体に設けられた検出素子を用いてもよい。
【００７３】
さらに、第三実施例の酸素センサ９１について、図７及び図８を参照しつつ説明する。なお、図７は第三実施例の酸素センサ９１の上部構造を概略的に表わした断面図であり、図８は第三実施例の酸素センサ９１において、（ａ）フィルタユニット１００を有する外筒蓋８３を後端面９３側からみた斜視図、および（ｂ）フィルタユニット１００を有する外筒蓋８３を先端面９５側からみた平面図である。また、以下では、第一実施例および第二実施例の酸素センサ１、６１と異なる部分について述べることとし、同一構成の各部についての説明は省略することとする。
【００７４】
図７に示すように、第三実施例の酸素センサ９１においては、フィルタユニット１００の軸方向の長さを外筒蓋８３の軸方向の長さよりも短く設定すると共に、外筒蓋８３の通気孔８５をフィルタユニット１００の外形に合わせて所定の境界より上方で拡径して、管状部材１０１の小径部１０１ａのみならず大径部１０１ｂを通気孔８５内に収容するようにしている。
【００７５】
即ち、第三実施例において、外筒蓋８３の通気孔８５は、内径が管状部材１０１の大径部１０１ｂの外径と略同一寸法に形成された大径部８５ｂと、内径が管状部材１０１の小径部１０１ａの外径と略同一寸法に形成された小径部８５ａと、から構成されている。通気孔８５の大径部８５ｂの軸方向長さは、管状部材１０１の大径部１０１ｂの軸方向長さよりも大きく設定されており、フィルタユニット１００のフィルタ１０３上面（図７において上側に位置する面）が外筒蓋８３の後端面９３よりも前方側に配置されている。
【００７６】
なお、この第三実施例では、フィルタユニット１００（管状部材１０１）の先端に形成されて、外筒蓋８３の先端部に係止される折曲部１０１ｆが、第一実施例および第二実施例とは異なっている。即ち、第１実施例および第二実施例においては、管状部材５１の先端側を径方向外側に向かって拡径するようにして折曲部５１ｆを形成していた。一方、本第三実施例においては、図８（ｂ）に示すように、管状部材１０１の先端側に径方向外側に向かって折り曲げたときに、十字形態をなして外筒蓋８３の先端部（先端面９５）に係止される折曲部１０１ｆが、管状部材１０１の先端側に形成されている。
【００７７】
このような構成のフィルタユニット１００は、外筒蓋８３の後端側から通気孔８５内に嵌挿され、この嵌挿後に、管状部材１０１の先端側に位置する４本の折曲部１０１ｆを径方向外側に向かって十字形態をなすように折り曲げることで、外筒蓋８３に固定される。
【００７８】
また、第三実施例においては、外筒蓋８３の後端面９３に、図８（ａ）に示すように、一端側（内側）が通気孔８５に連通し、他端側（外側）が外筒蓋８３の側壁面９７に開放する溝部８７がリード線用貫通孔３３と干渉しない位置に十字形態で複数形成されている。なお、フィルタ１０３は、この溝部８７の最深部８９よりも後端側に位置するように配置されている。すなわち、この第三実施例の酸素センサ９１では、上述したようにフィルタユニット１００におけるフィルタ１０３上面が外筒蓋８３の後端面９３よりも前方側に配置される形状であるために、飛石等によるフィルタ１０３の破損を効果的に抑制することができると共に、フィルタ１０３の上面に水等がかかったとしても、この水を、溝部８７を介して外筒蓋８３の径方向外側に排出することが可能となる。
【００７９】
よって、この第三実施例における酸素センサ９１は、フィルタ１０３を外筒蓋８３の後端面９３より前方側に配置させたフィルタユニット１００を備えるので、フィルタ１０３が飛石等によって破損することを有効に抑制することができる。さらに、外筒蓋８３の後端面９３に上記溝部８７を形成したことによって、フィルタ１０３を外筒蓋８３の後端面９３より前方側に配置させた場合にも、フィルタ１０３の上面に水や埃等が溜まるのを有効に抑制することができる。
【００８０】
なお、第三実施例においては、フィルタ１０３が、第１フィルタ１０３ａ、第２フィルタ１０３ｂの複数枚（２枚）から構成されており、この複数枚のフィルタ１０３ａ、１０３ｂが共に管状部材１０１の内側に配置された構成となっている。具体的には、フィルタ１０３ａ、１０３ｂはＯリング５５を介して対向して管状部材１０１の内側に配置されており、このフィルタ１０３ａ、１０３ｂ及びＯリング５５が段部５１ｃと折曲部１０１ｄとの間で挟持されている。このようにフィルタ１０３を二重に設けることにより、水、油等の浸入をより確実に防止することができる。また、フィルタ１０３を二重に設けることで、一方のフィルタが万が一破損したとしても、他方によるフィルタ機能を得ることができる。なお、二枚のフィルタ１０３ａ、１０３ｂは同一の性能を有するものを用いてもよいし、一方に撥水性、他方に撥油性を有するフィルタを用いるなど、機能を分けてもよい。
【００８１】
さらに、フィルタの破損を防止するための変形例を、図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）は、上述した第一実施例のフィルタユニット５０を後端側からみた平面図である。管状部材５１は、一つの開口部５１ｈを有しており、開口部５１ｈから管状部材５１内部に取り付けられたフィルタ５３が露出している。これに対し、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示した変形例では、開口部５１ｈが複数の開口部５１ｈ’、５１ｈ’’に分割されている。複数の開口部５１ｈ’、５１ｈ’’を有する仕切り板５１ｇ、５１ｇ’を、フィルタ５３の後端側に設けた状態で管状部材５１の内側に配置させることによって、一つの開口部の開口面積を小さくすることができ、飛石等によってフィルタ５３が破損するのを有効に防止することができる。なお、仕切り板の形態としては、金属などの線材をメッシュ状に編みこんだものを採用することもできる。
【００８２】
この他、本実施例では、外筒蓋３０の通気孔３１から外筒１３内部に、検出素子２の基準ガスとしての大気を導入する酸素センサ１を例示したが、外筒１３内部に大気を導入せずともガス濃度が検出可能なガスセンサにおいて、本発明を適用してもよい。
【００８３】
例えば、ガスセンサが内燃機関の排気管に取り付けられる場合、当該センサが高温下の環境で使用されるために、その熱的要因に起因して外筒の後端開口部に配置される外筒蓋（特にフッ素ゴム製の外筒蓋）から腐食性のガスが生じ、その腐食性ガスにより外筒内部に収容されるセンサ各部が腐食する可能性が考えられる。したがって、このようなガスセンサにおいては、外筒蓋に外筒の内部と外部との気体の流通経路となる通気孔を設けることで、上記腐食性ガスを有効に外部に流出させる機能が得られる。しかし、このように外筒蓋に通気孔を設ければ、当然外筒内部に気体の流通を許容しつつ水滴等の侵入を防止することが必要になる。そこで、本発明を採用することによって、上記機能を簡単で安価に達成したガスセンサを得ることができる。
【００８４】
また、上述した第１実施例および第２実施例では、フィルタ５３を管状部材５１の内側に１つ配置させる例を示したが、複数のフィルタ５３を重ねて又は管状部材５１の中心軸線方向に対して所定の間隔をもって、管状部材５１の内側に配置・固定させてもよい。このような構成を図ることで、ガスセンサの外部に晒されることになる最外層のフィルタが万が一破れることがあっても、他のフィルタにより防水性を維持することができる。その結果、ガスセンサの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第一実施例の酸素センサ１の構成を表す概略断面図である。
【図２】フィルタユニット５０の構成を表す概略断面図である。
【図３】フィルタユニット５０が嵌挿された外筒蓋３０の構成を表す概略断面図である。
【図４】酸素センサ１の上部構成を表す概略断面図である。
【図５】第二実施例の酸素センサ６１の上部構成を表す概略断面図である。
【図６】酸素センサ６１’の上部構成を表す概略断面図である。
【図７】第三実施例の酸素センサ９１の上部構成を表す概略断面図である。
【図８】（ａ）フィルタユニット１００が嵌挿された外筒蓋８３の後端面９３側からみた斜視図、及び（ｂ）フィルタユニット１００が嵌挿された外筒蓋８３の先端面９５からみた平面図である。
【図９】フィルタユニットにおいて、フィルタの後端側に仕切り板を配置させた変形例を示す説明図である。
【図１０】従来の酸素センサ１０１の構成を表す断面図である。
【図１１】従来の酸素センサ１０１におけるフィルタ１５３の取付態様を表す説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１，６１，８１，９１・・・酸素センサ、２・・・検出素子、２ａ・・・内側電極、２ｂ・・・外側電極、３・・・セラミックヒータ、１０・・・ケーシング、１１・・・主体金具、１１ｂ・・・貫通孔、１３・・・外筒、１９・・・管、１９ａ・・・取付孔、２１，２３・・・プロテクタ、２１ａ，２３ａ・・・ガス透過口、２７・・・セパレータ、３０，６３，８３・・・外筒蓋、３１，６５，６５’，８５・・・通気孔、３３・・・リード線用貫通孔、３５，４１，４７・・・リード線、５０，７０，７０’，１００・・・フィルタユニット、５１，７１，７１’、１０１・・・管状部材、５１ａ，６５ａ，７１ａ，７１ａ’
・・・小径部、５１ｂ，７１ｂ・・・大径部、５１ｃ，７１ｃ・・・段部、５１ｄ，５１ｆ，７１ｄ，１０１ｄ，１０１ｆ・・・折曲部、５１ｇ，５１ｇ’・・・仕切り板、５３、１０３・・・フィルタ、５５・・・Ｏリング、８７・・・溝部、８９・・・溝部の最深部、９３・・・外筒蓋の後端面、９７・・・外筒蓋の側壁面
【図１】
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【図２】
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【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】
2008157965.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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