(57)【要約】【課題】セラミックセパレータがリード線を挿通する上で十分な軸断面積を有しつつ、ケーシング内への外気の流通を効率良く行うことができるガスセンサを提供する。【解決手段】酸素センサは、複数のセパレータ側リード線挿通孔７２が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータの本体部７５の第一部分１８ａが、フィルタ保持部５１の内側に入り込むように配置される。そして、その第一部分１８ａの軸断面外形が円でない形状、例えば正方形状などの多角形状に形成される。セラミックセパレータ１８の本体部７５軸断面外形を、このように円から逸脱したものとすることで、セラミックセパレータ１８の外周面とフィルタ保持部５１の内面との隙間９２を局部的に拡張することができる。これにより、リード線を挿通するための十分な軸断面積をセラミックセパレータ１８が有しつつ、ケーシング内への外気の流通も効率良く行うことができるようになる。【選択図】図７
2008070380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状をなす検出素子と、
該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
該ケーシングの軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、
該セラミックセパレータは、前記軸線と直交する平面であって、当該セラミックセパレータの外形が連続した単一の輪郭で表される任意の切断面（以下、輪郭形成軸断面という）の外形線に対し、その幾何学的重心を中心とする内接円と外接円とを描き、さらにそれら内接円と外接円との中間に位置する仮想的な基準円を描いた場合に、前記輪郭形成軸断面の外形線の一部が前記基準円の内側に位置し、他の部分が該基準円の外側に位置する形態をなすことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記セラミックセパレータは、前記輪郭形成軸断面の外形線が多角形状を呈する請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
軸状をなす検出素子と、
該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられるフィルタ支持筒と、
該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、
該セラミックセパレータの外周面にはフランジ状のセパレータ側支持部が形成され、
該セパレータ側支持部の後方側で前記フィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタが配置され、
前記セパレータ側支持部には、気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
前記気体連通部は、前記フィルタから前記セラミックセパレータの外周面に沿って前記ケーシングの内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成している請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記セパレータ側支持部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状を呈するとともに、
前記気体連通部は、前記フィルタ支持筒の内面と、前記外形線を含む形態の前記セパレータ側支持部の外周面との間に形成されている請求項３又は４記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記気体連通部は、前記セパレータ側支持部の外周面に平坦面状又は溝状に形成されている請求項３又は４記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記気体連通部は、前記セパレータ側支持部を貫通する孔状に形成されている請求項３又は４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、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯｘセンサなど、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。例えば酸素センサなど、大気を基準ガスとして使用するガスセンサの場合、検出素子を収容するケーシング又はケーシングの後端部に連結されるフィルタ支持筒に大気導入部を設ける必要がある。このような大気導入部は、例えばケーシング又はフィルタ支持筒の後端部側壁に気体流通孔を孔設し、これを撥水性フィルタで覆うことにより形成することができる。また、リード線の引出口を封止するゴム製のグロメットのリード線挿通孔が大気導入部とされることもある。この場合、リード線の外側を覆う被覆材とリード線挿通孔との間に形成される隙間を通って大気がケーシング内に導入される形となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のようなガスセンサにおいては、検出素子やヒータからのリード線同士が短絡することを防止するために、リード線挿通孔が形成されたセラミックセパレータがケーシング（又はフィルタ支持筒）内に設けられることが多い。このセラミックセパレータはケーシング（又はフィルタ支持筒）に合わせた円筒状に形成され、通常、リード線の引出し側となるケーシング（又はフィルタ支持筒）の後端部内側に配置される。他方、ケーシング（又はフィルタ支持筒）の後端部には前述のような大気導入部が形成され、セラミックセパレータの外周面とケーシング（又はフィルタ支持筒）の内周面との間に形成される隙間は、その導入された大気の通路となることが多い。しかしながら、昨今のセンサのサイズ縮小化の傾向を考慮すると、ケーシング（又はフィルタ支持筒）の外径はできる限り小さくすることが望ましく、セラミックセパレータとケーシング（又はフィルタ支持筒）との間に十分な隙間を確保することは次第に困難になりつつある。この場合、隙間を大きくするために、セラミックセパレータの外径を小さくすることも考えられるが、リード線の短絡防止というセラミックセパレータの基本機能を確保する前提ではその寸法縮小にも限界がある。
【０００４】
そこで本発明の課題は、リード線を挿通する上でセラミックセパレータが十分な軸断面積を有しつつ、ケーシング内への外気の流通を効率良く行うことができるガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のガスセンサの第一の構成は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、該セラミックセパレータは、前記軸線と直交する平面であって、当該セラミックセパレータの外形が連続した単一の輪郭で表される任意の切断面（以下、輪郭形成軸断面という）の外形線に対し、その幾何学的重心を中心とする内接円と外接円とを描き、さらにそれら内接円と外接円との中間に位置する仮想的な基準円を描いた場合に、前記輪郭形成軸断面の外形線の一部が前記基準円の内側に位置し、他の部分が該基準円の外側に位置する形態をなすことを特徴とする。
【０００６】
上記構成の要点は、セラミックセパレータの輪郭形成軸断面の外形線が、円形形状から少なくとも部分的に逸脱しているということにある。図８は例えば本体部の輪郭形成軸断面の外形線ＳＨを正方形状とした場合の例であり、外形線ＳＨに対し、その幾何学的重心Ｇを中心とする内接円ＩＣと外接円ＯＣとを描き、それらの中間に基準円ＳＣを描いているが、外形線ＳＨの一部が基準円ＳＣの内側に位置し、他の部分が外側に位置していることがわかる。これは、外形線ＳＨが正方形状の場合に限らず、円形形状から少なくとも部分的に逸脱した形状（多角形、楕円形等）であれば必然的に成立する。
【０００７】
すなわち、従来のガスセンサの構成では、セラミックセパレータは輪郭形成軸断面形状が例外なく円状であり、前述の通りケーシング又はフィルタ支持筒の内面との隙間を拡張するのには限界があった。しかしながら、本発明では、その常識を破って、セラミックセパレータの輪郭形成軸断面の外形線を円から逸脱したものとすることで、セラミックセパレータ外周面とケーシング又はフィルタ支持筒の内面との隙間を局部的に拡張することができる。これにより、リード線を挿通するための十分な軸断面積をセラミックセパレータが有しつつ、ケーシング内への外気の流通を効率良く行うことができるようになる。
【０００８】
なお、セラミックセパレータが、例えば柱状形態の本体部とこの本体部の外周面に突出形成されたフランジ状のセパレータ側支持部とを有する場合には、前記輪郭形成軸断面の外形線は、本体部に対する外形線とセパレータ側支持部に対する外形線の内の少なくとも一方を対象とすることができる。
【０００９】
また、本発明のガスセンサの第二の構成は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられるフィルタ支持筒と、該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、該セラミックセパレータの外周面にはフランジ状のセパレータ側支持部が形成され、該セパレータ側支持部の後方側で前記フィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタが配置され、前記セパレータ側支持部には、気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
なお、本明細書においては、検出素子の軸方向においてその先端部に向かう側を「前方側（先端側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（後端側）」とする。
【００１１】
このように、セラミックセパレータの外周面にフランジ状のセパレータ側支持部を形成し、このセパレータ側支持部の後方側でフィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタを配置し、セパレータ側支持部に気体連通部を軸線方向に形成することによって、フィルタから導入された外気は、セパレータ側支持部に軸線方向に形成された気体連通部を経てスムーズにかつスピーディにケーシング内へ導かれるようになる。しかも、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタを配置しているので、例えば車両の足回り部分に近い排気管等に取り付けられた場合に、雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けても外気の導入ができる。したがって、センサの性能を阻害せずにガスセンサの外径を小さくすることが可能になる。
【００１２】
この気体連通部は、フィルタからセラミックセパレータの外周面に沿ってケーシングの内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成することができる。このようにして、フィルタから導入された外気を最短の流通経路でケーシングの内部先端側へ導くことができる場合には、基準ガスとなる外気の循環が促進され、換気性能がよくなって、ガス濃度の検出が精度よく行える。
【００１３】
また本発明は、セパレータ側支持部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状を呈するとともに、気体連通部は、フィルタ支持筒の内面と、外形線を含む形態のセパレータ側支持部の外周面との間に形成することができる。この場合には、セパレータ側支持部の外周面とフィルタ支持筒の内面との隙間を局部的に拡張することができ、ケーシング内への外気の流通量を確保することができる。また、輪郭形成軸断面の外形線を多角形状としたので、周方向において均一な外気の流通状態を形成することが可能となる。
【００１４】
さらに本発明の気体連通部は、セパレータ側支持部の外周面に平坦面状又は溝状に形成することができ、あるいはセパレータ側支持部を貫通する孔状に形成することができる。いずれも、セラミックセパレータの型成形時に気体連通部を一体成形できるので、製造が容易かつ安価である。
【００１５】
なお、本発明のガスセンサの前記第一又は第二の構成に関して、次のような態様も考えられる。すなわち、ケーシングの後端側には、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成された筒状のフィルタ保持部と、フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを有し、気体導入孔及びフィルタを経て外気をケーシング内に導入させる気体導入構造部が形成され、セラミックセパレータの本体部は、検出素子の軸方向において、その後方側がフィルタ保持部の内側に入り込むように配置されるとともに、本体部外周面と、フィルタ保持部内周面との間に形成される隙間が、フィルタを経てケーシングの内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成するようになすこともできる。
【００１６】
さらに次のような別の態様も考えられる。すなわち、セラミックセパレータは、本体部の軸方向中間位置において外周面から突出するフランジ状のセパレータ側支持部が形成され、本体部は、セパレータ側支持部よりも軸方向前方側に位置する部分をケーシングの後端部内側に入り込ませた状態で、セパレータ側支持部においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接する一方、軸方向後方側の部分をケーシングの外側に突出させた状態で配置され、かつその突出部分が、ケーシングとは別体の筒状に形成されたフィルタ保持部で覆われており、さらに、セパレータ側支持部には、フィルタ保持部内側からケーシング内側への気体の流通を許容する気体連通部を軸線方向に形成するようになすこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。図１は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素検出素子（検出素子）２と、発熱体３とを備える。酸素検出素子２は、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質により中空に形成されている。また、この酸素検出素子２の外側には金属製のケーシング１０が設けられている。
【００１８】
ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された主筒１４、該主筒１４とは反対側から主体金具９に取り付けられたプロテクタ１１等を備える。図２に示すように、酸素検出素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成された一対の電極層２ｂ，２ｃが設けられている。
【００１９】
図１に戻り、主体金具９の後方側の開口部には、前述の主筒１４がインシュレータ６との間にリング１５を介して加締められ、この主筒１４に筒状のフィルタアセンブリ１６が外側から嵌合・固定されている。このフィルタアセンブリ１６の後端側開口部はゴム等で構成されたグロメット１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（図示していない）が配置されている。
【００２０】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔７２（リード線挿通孔）が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。そして、該セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。
【００２１】
図１に戻り、酸素検出素子２用の一方のリード線２０は、固定金具２３を経て、前述の酸素検出素子２の内側の電極層２ｃ（図２）と電気的に接続されている。一方、他方のリード線２１は、別の固定金具３３を経て、酸素検出素子２の外側の電極層２ｂ（図２）と電気的に接続されている。酸素検出素子２は、その内側に配置された発熱体３で加熱することで活性化される。発熱体３は棒状のセラミックヒータであり、抵抗発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２がリード線（図示せず）を経て通電されることにより、酸素検出素子２の先端部（検出部）を加熱する。
【００２２】
次に、図３に示すように、フィルタアセンブリ１６は、主筒１４（ケーシング１０）に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとともに、内部が主筒１４の外部と連通し、かつ壁部に複数の気体導入孔５２が形成されたフィルタ保持部５１（フィルタ支持筒）を備える。そして、そのフィルタ保持部５１の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側には、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、フィルタ５３をフィルタ保持部５１との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部５４が配置される。具体的には、気体導入孔５２及び補助気体導入孔５５は、フィルタ保持部５１及び補助フィルタ保持部５４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、フィルタ５３は、フィルタ保持部５１を周方向に取り囲むように配置されている。なお、フィルタ５３は、例えばポリテトラフルオロエチレン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）））等により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。なお、主筒１４及びフィルタ保持部５１は、いずれも円筒状の形態を有している。
【００２３】
図４に示すように、補助フィルタ保持部５４には、補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両側に、環状のフィルタ加締め部５６，５７（以下、単に加締め部５６，５７ともいう）が形成されている。加締め部５６，５７により、フィルタ５３を挟んで補助フィルタ保持部５４はフィルタ保持部５１に対して結合される。また、フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３との間には隙間５８が形成されている。他方、フィルタ保持部５１は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部６０により、該段付き部６０に関して軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるように構成されている。気体導入孔５２はその第二部分６２の壁部に形成されている。さらに、補助フィルタ保持部５４はフィルタ保持部５１の第一部分６１の外径よりも小さい内径を有する。
【００２４】
図３に戻り、フィルタ保持部５１は、セラミックセパレータ１８の突出部分を第二部分６２の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部６０においてセパレータ側支持部７３に対し、主筒１４とは反対側から金属弾性部材７４を介して当接するように配置される。他方、該フィルタ保持部５１の先端側、すなわち第一部分６１において主筒１４（ケーシング１０）に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部には、フィルタ保持部５１を主筒１４に対し気密状態となるように連結するケーシング加締め部７６が形成されている。
【００２５】
補助フィルタ保持部５４の外側には、筒状の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。この防護カバー６４は、図３に示すように気体滞留空間６５を生じるように配置され、フィルタ保持部５１に対し、加締め部６６，６７により接合されている。なお、図４に示すように、フィルタ保持部５１の第一部分６１の外周面には、防護カバー６４内への気体導入部となる溝部６９が周方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。
【００２６】
図３に戻り、セラミックセパレータ１８は、酸素検出素子２の軸方向において後方側がフィルタ保持部５１の内側に入り込み、同じく前方側が主筒１４（ケーシング１０）の内側に入り込むように配置され、各リード線２０，２１等がセパレータ側リード線挿通孔７２において軸方向に挿通される。一方、グロメット１７は、フィルタ保持部５１の後方側開口部５１ａに対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１等を挿通するためのシール側リード線挿通孔９１を有するとともに、それらリード線２０，２１等の外面とフィルタ保持部５１の内面との間をシールする。
【００２７】
セラミックセパレータ１８の後端面は、軸方向において気体導入孔５２よりも後方側に位置するとともに、その後端面中央に形成された隙間規定突出部９６の頂面は、グロメット１７の前端面と密着している。その隙間規定突出部９６により、グロメット１７とセラミックセパレータ１８との間には所定量の隙間９８が形成されている。なお、隙間規定突出部９６は、セラミックセパレータ１８にではなく、グロメット１７の前端面に形成してもよい。また、フィルタ保持部５１の内周面とセラミックセパレータ１８の外周面との間にも隙間９２が形成されている。そして、気体導入孔５２からの気体は該隙間９２内に供給され、さらにセラミックセパレータ１８に形成された気体導入部９３を通ってケーシング１０内に導かれる。具体的には、セラミックセパレータ１８には、セパレータ側リード線挿通孔７２とは別に軸方向の気通用貫通孔９５が形成されており、またその後端面には、一端が貫通孔９５に連通し、他端側がセラミックセパレータ１８の外周面に開放する気通用溝部９４が形成されている。すなわち、これら気通用貫通孔９５及び気通用溝部９４が気体導入部９３を形成している。
【００２８】
図１に戻り、主体金具９の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて覆うようにキャップ状のプロテクタ１１が装着されている。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口１２が貫通形態で形成されている。
【００２９】
上記酸素センサ１においては、前述の通り補助フィルタ保持部５４のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面にはプロテクタ１１のガス透過口１２を介して導入された排気ガスが接触し、該酸素検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として電極層２ｂ，２ｃ（図２）からリード線２１，２０を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【００３０】
なお、フィルタアセンブリ１６の主筒１４に対する組付けは、例えば以下のようにして行う。すなわち、図１４（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８に金属弾性部材７４を外挿し、さらにそのセラミックセパレータ１８の前端側を主筒１４に挿入する。一方、フィルタアセンブリ１６は図４に示すように予め組み立てておき、これを図１４（ａ）に示すように、そのフィルタ保持部５１においてセラミックセパレータ１８及び主筒１４の外側から被せる。なお、酸素検出素子２及び発熱体３等（図１）は主筒１４内に予め組みつけておき、それらからのリード線２０，２１等はセラミックセパレータ１８のセパレータ側リード線挿通孔７２（図３）に通し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部から外側に延出した状態にしておく。
【００３１】
続いて、図１４（ｂ）に示すように、主筒１４とフィルタアセンブリ１６とに軸方向の圧縮力を付加する。これにより、金属弾性部材７４はフィルタ保持部５１とセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３との間で圧縮変形し、セラミックセパレータ１８を主筒１４とフィルタ保持部５１との間で挟み付けるための付勢力を発生する。そして、この状態を維持しつつ、図１４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１と主筒１４とにケーシング加締め部７６を形成し、両者を結合する。次いで、図１４（ｄ）に示すように、フィルタ保持部５１の後端側開口部にゴムグロメット１７を嵌め入れ、さらに防護カバー６４を被せるとともに、同図（ｅ）に示すように加締め部６６及び６７を形成して酸素センサ１の組立てが完了する。
【００３２】
次に、図５（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８の本体部７５は、円形形状から少なくとも部分的に逸脱した形状、具体的には正方形状の軸断面外形を有している。本実施例では本体部７５は（以下、図３も参照のこと）、フィルタ保持部５１の第二部分６２内に入り込む部分（以下、第一部分という）１８ａと、主筒１４の内側に入り込む部分（以下、第二部分という）１８ｂとの２部分からなるが、その少なくとも第一部分１８ａが四角柱状となることで、図７（ａ）に示すように、フィルタ保持部５１内面との間に隙間９２を比較的大きく確保することが可能となり、外気のスムーズな流通を確保することができる。なお、本体部７５の第二部分１８ｂは円柱状に形成してもよい。また、図５（ａ）では、隙間規定突出部９６も四角柱状としているが、これは円柱状あるいはその他の形状としてもよい。
【００３３】
ここで、本実施例の酸素センサ１では、図３に示すように、ケーシング１０の後端部外側には、壁部に気体導入孔５２が形成された筒状のフィルタ保持部５１（フィルタ支持筒）が、ケーシング１０に対して後方側から同軸状に被せられている。フィルタアセンブリ１６には、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタ５３が、フィルタ保持部５１の気体導入孔５２を塞ぐように配置され、気体導入孔５２及びフィルタ５３を経て外気をケーシング１０内に導入させる気体導入構造部を形成している。また、セラミックセパレータ１８の本体部７５は、後方側の第一部分１８ａがフィルタ保持部５１の内側に入り込むように配置されるとともに、その第一部分１８ａ（本体部７５）の外周面と、フィルタ保持部５１の内周面との間に形成される隙間９２が、フィルタ５３を経てケーシング１０内へ導かれる外気の流通経路の一部を形成する形となっている。この構成においては、フィルタ５３側から十分広い隙間９２内にまず流入する形となっているので、ケーシング１０内の外気の流通を一層スムーズなものとすることができる。
【００３４】
また、セラミックセパレータ１８の本体部７５の後端面は、フィルタ保持部５１に設けられた気体導入孔５２よりも後方側に位置しており、本体部７５には気通用貫通孔９５が軸方向に貫通して形成されている。この場合、気体導入孔５２から導入された外気は、隙間９２を通って検出素子２の先端部へ導かれていくのであるが、その流通経路は以下のようになる。すなわち、導入された外気は隙間９２からセラミックセパレータ１８の後方側へ回り込み、さらに気通用貫通孔９５を通って検出素子２の内部先端側へと流れていく。そして、セラミックセパレータ１８の本体部７５（の第一部分１８ａ）が多角形状とされていることで、隙間９２を経たスムーズな気体の流通が実現される。
【００３５】
ここで、図５（ａ）及び図３に示すように、セラミックセパレータ１８には、酸素検出素子２及び発熱体３からの各リード線を挿通するための４つのセパレータ側リード線挿通孔７２が、各々その中心が仮想的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）Ｃ1上に位置して配列するように形成されている。また、気通用貫通孔９５は、セラミックセパレータ１８の中央部において、それら４つのセパレータ側リード線挿通孔７２により囲まれる領域に形成されている。さらに、気通用溝部９４は、セラミックセパレータ１８の後端面において、４つのセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない位置に十字形態で形成されている。グロメット１７の前端面は、気通用貫通孔９５の開口位置においてセラミックセパレータ１８と接するが、気通用溝部９４が形成されているので、隙間９２から気通用貫通孔９５への気体の流通が妨げられることがない。
【００３６】
また、図３において、グロメット１７にはシール側リード線挿通孔９１が、シール側ピッチ円上に位置して配列するように形成されており、前述のセパレータ側ピッチ円（直径Ｄ1）とシール側ピッチ円（直径Ｄ2）とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるように設定されている。例えば図３においてはＤ1＞Ｄ2となっており、図５（ａ）に示すように、隙間規定突出部９６は、セパレータ側ピッチ円上に配列したセパレータ側リード線挿通孔７２よりも内側に位置する領域に形成されている。この場合、各リード線にはグロメット１７とセラミックセパレータ１８との間で曲がりが生ずるが、グロメット１７とセラミックセパレータ１８との間には隙間規定突出部９６に基づく隙間９８が形成されていることから、センサ１の組立て時等にリード線が強く曲げられて痛んだり、断線したりするトラブルが生じにくくなる。また、グロメット１７に軸方向の押込力が作用しても、隙間規定突出部９６によりグロメット１７の移動が止められるので隙間量が変化しにくく、リード線に強い屈曲等が生じることが防止される。
【００３７】
次に、図７に、セラミックセパレータ１８の本体部７５の軸断面形状を各種多角形状とした例を示す。図７（ａ）はすでに示した四角柱状のものであり、（ｂ）は三角柱状とした例、（ｃ）は六角柱状とした例である。これを見ればわかる通り、本体部７５の軸断面外形を多角形とする場合は、辺数が多くなるほど円形に近づくため、フィルタ保持部５１（の第二部分６２）との間の隙間９２を拡大する効果は顕著でなくなる。一方、セパレータ側ピッチ円については、リード線が例えば４本存在する場合、（ｂ）の三角柱状の形態ではピッチ円が小さくなりすぎることがある。従って、十分な隙間９２を確保しつつ、ピッチ円を十分大きく確保できる四角柱状の形状が、セラミックセパレータ１８の本体部７５の形状としてより望ましいといえる。
【００３８】
この場合、本体部７５の軸断面の各辺に対応して気体導入孔５２を設ければ、セラミックセパレータ１８とフィルタ保持部５１との間の隙間９２に効率よく気体を導入することができる。また、各稜線部に面取あるいはアールを施すことで、組立の際にケーシングを傷付けたりする不具合が軽減される。
【００３９】
また、図９は、本体部７５の軸断面を多角形以外の形状とした例である。（ａ）では、円状の軸断面の軸線を挟んで両側部分を切り欠くことにより、互いに略平行な１対の平坦部７５ａ，７５ａを形成した例である。他方、（ｂ）は、軸断面を楕円状とした例である。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すセラミックセパレータ１８は、同図（ａ）のような気通用溝部９４あるいは気通用貫通孔９５等を含む気体導入部９３が形成されていない。また、セラミックセパレータ１８の後端面の中央部に隙間規定突出部９６が形成されている。この場合、図６に示すように、セパレータ側リード線挿通孔７２と各リード線２０，２１等との間に、周方向に沿って気通用隙間９９（図６参照）が形成されており、気体導入孔５２から導入された外気が、隙間７２から該気通用隙間９９を通って検出素子２へ導かれる構成となっている。こうすれば、気体導入部９３を形成する手間が省かれ、また、図５（ａ）のように隙間規定突出部９６にまたがる溝部９４等も形成されないので形状も単純であり、製造が容易である。
【００４１】
なお、図５（ｂ）に示したセラミックセパレータ１８においては、同図（ｃ）に示すように、その後端面外周縁から各セパレータ側リード線挿通孔７２に向けて気通用溝部９４を形成してもよい。これにより、ケーシング内部の検出素子２（図１）への外気の流通がより一層効果的に行われるようになる。
【００４２】
図１０〜１３及び図１５に、セラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３の変更例を示す。図１０に示すセラミックセパレータ１８は、フランジ状のセパレータ側支持部７３の外周面を、主筒１４（ケーシング１０）の開口内縁１４ａよりも内側に引っ込ませることにより、セパレータ側支持部７３による開口の遮蔽状態を部分的に解消して外気の主筒１４内部への流通を許容する、引っ込み流通部８０（気体連通部）を軸線方向に形成した例である。各引っ込み流通部８０は、平坦面状に形成されている。これにより、主筒１４の開口内縁１４ａとセパレータ側支持部７３の外縁との間に比較的大きな隙間８１が形成され、一層スムーズな気体の流通を確保することができる。ここでは、セパレータ側支持部７３は、その外周面に平坦面状の上記引っ込み流通部８０が周方向に複数連なる形で形成されることにより、全体が多角形状（本実施例では正方形状）の外形をなしている。これにより、セパレータ側支持部７３の周方向において、より均一なガスの流通状態を形成することが可能となる。
【００４３】
なお、図１１に示すように、セパレータ側支持部７３の外周面に溝状の引っ込み流通部８３（気体連通部）を形成するようにしてもよい。また、図１２は、引っ込み流通部に代えて、セパレータ側支持部７３を軸線方向に貫通する気通孔８４（気体連通部）を形成した例である。さらに、図１３に示すように、図１０（ａ）の本体部７５を円柱状に形成してもよい。
【００４４】
次に、図１５に示すセラミックセパレータ１８は、その軸線方向後端側の外周面に、全周にわたり外向きに一体的に突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。セラミックセパレータ１８の後端面において、通気溝１００（気体連通部）が４個のセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない位置に十字形態で軸線と直交する方向に形成され、後端面の外周に達した各通気溝１００はそこから直角に向きを変え、セパレータ側支持部７３の外周面に沿って軸線方向前方側へ延びている。
【００４５】
図１６は、図１５のセラミックセパレータを組み込んだ酸素センサの一例を示す。円筒状の外筒部材１０１（フィルタ支持筒）の軸線方向前方側は大径に形成され、主体金具９（ケーシング１０）に対して外側から嵌合される。一方、外筒部材１０１の軸線方向後方側は小径に形成され、セラミックセパレータ１８がその内部に収容され、後端開口部にはグロメット１７が嵌入される。外筒部材１０１の外筒側支持部１０２は、セラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３を受け止め支持している。また、グロメット１７の径方向中央部には中央貫通孔１７ｂが設けられ、この中央貫通孔１７ｂにフィルタ５３が嵌入されている。フィルタ５３の通気面は後端部の端面に設けられ、その円筒状周面部には、内側から円筒状のフィルタ支持金具５３ａが嵌合している。
【００４６】
図１６の酸素センサ１において、基準ガスとしての大気はフィルタ５３の通気端面部→セラミックセパレータ１８の通気溝７３→外筒部材１０１とセラミックセパレータ１８との間の径方向の隙間Ｓ1，Ｓ2→中空部２ａを経て酸素検出素子２の内面（内部電極層２ｃ）に導入される（図１６矢印Ｒ参照）。なお、図１６において図３又は６と共通する部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【００４７】
図１０〜１３及び図１５のいずれの場合も、気体連通部（引っ込み流通部８３、気通孔８４又は通気溝１００）は、セパレータ側支持部７３の周方向に沿って所定の間隔で複数設けられ、軸線方向に形成されている。したがって、この気体連通部は、フィルタ５３からセラミックセパレータ１８の外周面に沿ってケーシング１０の内部先端側へ向かう外気の流通経路の一部を形成している。なお、上記のように気体連通部をセパレータ側支持部７３に形成する場合、セラミックセパレータ１８の本体部７５を軸線方向に貫通する気体流通部（例えば、図３の気通用溝部９４あるいは気通用貫通孔９５、あるいは図６の気通用隙間９９）を特に形成しない構成（例えば、図１５及び１６参照）としてもよい。
【００４８】
以上説明した本発明のセンサの構造は、酸素センサ以外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯＸセンサなどにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサを示す縦断面図。
【図２】その酸素検出素子部分を拡大して示す断面図。
【図３】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図４】フィルタアセンブリの正面部分断面図。
【図５】セラミックセパレータをその変形例とともに示す斜視図。
【図６】図５（ｂ）のセラミックセパレータを用いた酸素センサの拡大断面図。
【図７】セラミックセパレータの本体部の輪郭形成軸断面形状をその変形例とともに示す断面図。
【図８】上記本体部の輪郭形成軸断面形状の外形線の特徴を説明する図。
【図９】本体部の輪郭形成軸断面形状のさらにいくつかの変形例を示す断面図。
【図１０】セラミックセパレータのセパレータ側支持部の第一の変形例を示す斜視図及びセパレータ側支持部の輪郭形成軸断面形状の外形線の特徴を説明する図。
【図１１】同じく第二の変形例を示す斜視図。
【図１２】同じく第三の変形例を示す斜視図。
【図１３】同じく第四の変形例を示す斜視図。
【図１４】フィルタアセンブリの組み付け工程の説明図。
【図１５】セラミックセパレータのセパレータ側支持部の第五の変形例を示す斜視図。
【図１６】図１５のセラミックセパレータを用いた酸素センサの拡大断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１      酸素センサ（ガスセンサ）
２      酸素検出素子（検出素子）
１０    ケーシング
１６    フィルタアセンブリ（気体導入構造部）
１８    セラミックセパレータ
５１    フィルタ保持部（フィルタ支持筒）
５２    気体導入孔
５３    フィルタ
７２    セパレータ側リード線挿通孔（リード線挿通孔）
７３    セパレータ側支持部
７５    本体部
８０、８３  引っ込み流通部（気体連通部）
８４    気通孔（気体連通部）
９２    隙間
９５    気通用貫通孔
１００  通気溝（気体連通部）
１０１  外筒部材（フィルタ支持筒）  
【図１】
2008070380.tif 000003
【図２】
2008070380.tif 000004
【図３】
2008070380.tif 000005
【図４】
2008070380.tif 000006
【図５】
2008070380.tif 000007
【図６】
2008070380.tif 000008
【図７】
2008070380.tif 000009
【図８】
2008070380.tif 000010
【図９】
2008070380.tif 000011
【図１０】
2008070380.tif 000012
【図１１】
2008070380.tif 000013
【図１２】
2008070380.tif 000014
【図１３】
2008070380.tif 000015
【図１４】
2008070380.tif 000016
【図１５】
2008070380.tif 000017
【図１６】
2008070380.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月23日(2007.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状をなす検出素子と、
該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられるフィルタ支持筒と、
該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、
該セラミックセパレータの外周面にはフランジ状をなし、該外周面から突出するフランジ部が形成され、
前記フィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタが配置され、
前記フランジ部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するとともに、
前記フィルタ支持筒の内面と、前記外形線を含む形態の前記フランジ部の外周面との間に、前記フィルタを介して前記フィルタ支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記検出素子を保持する主体金具であり、
前記フィルタ支持筒は、前記主体金具に対して外側から嵌合されてなる請求項１記載のガスセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガスセンサの第一の構成は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられるフィルタ支持筒と、該フィルタ支持筒の軸線方向に配置され、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成された柱状形態のセラミックセパレータとを有し、該セラミックセパレータの外周面にはフランジ状をなし、該外周面から突出するフランジ部が形成され、前記フィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタが配置され、前記フランジ部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するとともに、前記フィルタ支持筒の内面と、前記外形線を含む形態の前記フランジ部の外周面との間に、前記フィルタを介して前記フィルタ支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
このように、セラミックセパレータの外周面にフランジ状をなし、外周面から突出するフランジ部を形成し、フィルタ支持筒の後端側に、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタを配置し、フィルタ支持筒の内面と、外形線を含む形態のフランジ部の外周面との間に、フィルタを介してフィルタ支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部を軸線方向に形成することによって、フィルタから導入された外気は、最短の流通経路でスムーズにかつスピーディに流通できるので、基準ガスとなる外気の循環が促進され、換気性能がよくなって、ガス濃度の検出が精度よく行える。しかも、液体の透過は阻止し、かつ気体の透過は許容するフィルタを配置しているので、例えば車両の足回り部分に近い排気管等に取り付けられた場合に、雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けても外気の導入ができる。したがって、センサの性能を阻害せずにガスセンサの外径を小さくすることが可能になる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
特に、本発明では、フランジ部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するので、フランジ部の外周面とフィルタ支持筒の内面との隙間を局部的に拡張することができ、気体連通部を流通する外気の流通量を確保することができる。なお、輪郭形成軸断面の外形線を多角形状とした場合には、周方向において均一な外気の流通状態を形成することが可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔７２（リード線挿通孔）が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。そして、該セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。なお、セパレータ支持部７３は、本発明のフランジ部に相当するものである。
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月20日(2007.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状をなす検出素子と、
該検出素子を収容する筒状のケーシングと、
該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられる支持筒であって、先端側に設けられる第一部分と、後端側に設けられ前記第一部分よりも径小となるように構成されると共に、気体導入孔が形成された第二部分と、前記第一部分と前記第二部分とを連結する段付き部を有する支持筒と、
前記支持筒の軸線方向に配置されると共に、前記支持筒の前記第一部分と前記第二部分とに跨って配置される柱状形態のセラミックセパレータであって、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成されると共に、自身の外周面から突出するフランジ状をなし、前記段付き部と向かい合って当該段付き部に支持されるセパレータ支持部が形成されたセラミックセパレータと、を有し、
前記セパレータ支持部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するとともに、
前記支持筒の内面と、前記外形線を含む形態の前記セパレータ支持部の外周面との間に、前記気体導入孔を介して前記支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記検出素子を保持する主体金具であり、
前記支持筒は、前記主体金具に対して外側から嵌合されてなる請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記セパレータ支持部は、金属弾性部材を介して前記段付き部に支持されることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガスセンサの第一の構成は、軸状をなす検出素子と、該検出素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシングの後端部外側に、当該ケーシングに対して略同軸状に設けられる支持筒であって、先端側に設けられる第一部分と、後端側に設けられ前記第一部分よりも径小となるように構成されると共に、気体導入孔が形成された第二部分と、前記第一部分と前記第二部分とを連結する段付き部を有する支持筒と、前記支持筒の軸線方向に配置されると共に、前記支持筒の前記第一部分と前記第二部分とに跨って配置される柱状形態のセラミックセパレータであって、前記検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が前記軸線方向に貫通して形成されると共に、自身の外周面から突出するフランジ状をなし、前記段付き部と向かい合って当該段付き部に支持されるセパレータ支持部が形成されたセラミックセパレータと、を有し、前記セパレータ支持部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するとともに、前記支持筒の内面と、前記外形線を含む形態の前記セパレータ支持部の外周面との間に、前記気体導入孔を介して前記支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部が前記軸線方向に形成されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
このように、先端側に設けられる第一部分と、後端側に設けられ第一部分よりも径小となるように構成されると共に、気体導入孔が形成された第二部分と、第一部分と第二部分とを連結する段付き部を有する支持筒と、セラミックセパレータの外周面から突出するフランジ状をなし、段付き部と向かい合って段付き部に支持されるセパレータ支持部を形成し、支持筒の内面と、外形線を含む形態のセパレータ支持部の外周面との間に、気体導入孔を介して支持筒の内側に取り入れられる外気を流通させる気体連通部を軸線方向に形成することによって、気体導入孔から導入された外気は、最短の流通経路でスムーズにかつスピーディに流通できるので、基準ガスとなる外気の循環が促進され、換気性能がよくなって、ガス濃度の検出が精度よく行える。したがって、センサの性能を阻害せずにガスセンサの外径を小さくすることが可能になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
特に、本発明では、セパレータ支持部における輪郭形成軸断面の外形線が多角形状又は楕円形状を呈するので、セパレータ支持部の外周面と支持筒の内面との隙間を局部的に拡張することができ、気体連通部を流通する外気の流通量を確保することができる。なお、輪郭形成軸断面の外形線を多角形状とした場合には、周方向において均一な外気の流通状態を形成することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔７２（リード線挿通孔）が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。そして、該セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。