(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる長尺形状に形成され、前記軸線方向の先端側に検知部を備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の外周を覆う筒状の主体金具と、
前記主体金具の後端側に係合される筒状の外筒部材と、
軸線方向に延びると共に、一端が前記センサ素子の前記検知部に電気的に接続され、他端が前記外筒部材の外部に配置される複数のリード線と、
前記外筒部材の後端側内部に加締め固定されるシール部材であって、前記外筒部材の内部から外部に向かう前記リード線を挿通するための複数のリード線挿通孔を有するシール部材と、
を備えるガスセンサであって、
前記シール部材の後端側端部は、
前記リード線挿通孔の形成領域の最外部よりも径方向内側の領域において、先端側に向けて凹んで形成された後端凹部を備え、
前記後端凹部は、後端側に後端開口部を有するとともに、後端側底部と後端周囲部とに囲まれる空間部であり、
前記後端側底部は、前記後端凹部の内面のうち最も先端側に形成される底面部分であり、
前記後端周囲部は、前記後端凹部の内面のうち前記後端側底部から前記後端開口部に至る側面部分であって、前記後端側底部および前記後端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分であり、
前記シール部材の先端側端部は、
前記リード線挿通孔の形成領域の最外部よりも径方向内側の領域において、後端側に向けて凹んだ先端凹部を備え、
前記先端凹部は、先端側に先端開口部を有するとともに、先端側底部と先端周囲部とに囲まれる空間部であり、
前記先端側底部は、前記先端凹部の内面のうち最も後端側に形成される底面部分であり、
前記先端周囲部は、前記先端凹部の内面のうち前記先端側底部から前記先端開口部に至る側面部分であって、前記先端側底部および前記先端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分であり、
前記先端凹部は、他部材が配置されていない空洞状態である、
ガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記シール部材は、
前記リード線挿通孔、前記後端凹部を有する柱状のシール本体部と、
前記シール本体部から径方向外側に突出するとともに、前記外筒部材の後端の後方側に配置された鍔部と、を備える、
ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
前記シール部材は、前記後端側底部が前記外筒部材の後端よりも前記軸線方向の先端側に配置される状態で、前記外筒部材の後端側内部に加締め固定される、
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガスセンサであって、
前記後端凹部は、前記軸線方向に垂直な断面での輪郭が、真円形状、楕円形状および曲線形状のうち少なくとも１つである、
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のガスセンサであって、
前記後端周囲部のうち前記後端側底部に接する領域である底部側接続領域は、その表面が前記後端凹部の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されている、
ガスセンサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のガスセンサであって、
前記後端周囲部のうち前記後端凹部の前記後端開口部に接する領域である開口側接続領域は、その表面が前記後端凹部の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されている、
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸線方向の先端側に検知部を備えるセンサ素子と、センサ素子の外周を覆う筒状の主体金具と、主体金具の後端側に係合される筒状の外筒部材と、外筒部材の後端側内部に加締め固定されるとともに、外筒部材の内部から外部に向かうリード線を挿通するための複数のリード線挿通孔を有するシール部材と、を備えるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサが知られている。ガスセンサの用途としては、例えば、内燃機関の排気ガスに含まれる特定ガス（酸素、ＮＯｘなど）を検出する用途などが挙げられる。
【０００３】
ガスセンサは、例えば、センサ素子（検出素子）と、主体金具と、外筒部材と、リード線と、シール部材と、を備えて構成される。
センサ素子は、先端側に検知部を有し、検知部での特定ガスの検出結果に応じたセンサ信号を出力する。主体金具は、センサ素子の外周を覆う筒状の部材である。外筒部材は、主体金具の後端側に係合される筒状の部材である。リード線は、一端がセンサ素子の検知部に電気的に接続され、他端が外筒部材の外部に配置されるとともに、複数備えられる。シール部材は、外筒部材の後端側内部に加締め固定され、外筒部材の内部から外部に向かうリード線を挿通するための複数のリード線挿通孔を有する。
【０００４】
シール部材は、外筒部材の後端部内側に配置された後、外筒部材の後端部が径方向内側に向かって加締められることで、圧縮変形された状態で外筒部材の内側に固定される。これにより、シール部材と外筒部材との間およびリード線とシール部材との間の気密性及び水密性（以下、総称してシール性ともいう）を確保している。
【０００５】
また、シール部材としては、外筒部材の内側への加締め固定により生じる圧縮応力を緩和するための応力緩和溝を備えるものがある。具体例としては、シール部材の先端側ないし後端側の少なくとも一方に形成される応力緩和溝が挙げられる（特許文献１，２）。
【０００６】
このような応力緩和溝を備えることで、シール部材を外筒部材の内側に加締め固定した際に生じる圧縮応力を緩和することができ、シール部材に亀裂が生じるのを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１０１４１１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０２６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような応力緩和溝を有するシール部材において、シール部材の後端部が応力緩和溝によって複数の領域に分割される構成の場合には、複数の領域におけるそれぞれの根元部分に対して外筒部材からの圧縮応力が集中すると、その圧縮応力の影響によって複数の領域のうちいずれかの根元部分に亀裂が生じることがある。また、内燃機関からの熱によってシール部材が熱膨張すると、その熱膨張の影響によって複数の領域のうちいずれかの根元部分に亀裂が生じることがある。
【０００９】
つまり、複数の領域のそれぞれに外筒部材からの圧縮応力が集中した場合や、シール部材に生じる熱膨張が影響した場合に、各領域の移動（変形）の自由度が大きいため、移動（変形）によって各領域の根元部分などに過大な応力が加わる場合があり、その結果、複数の領域の根元部分などに亀裂が生じる場合がある。
【００１０】
さらに、上記のような応力緩和溝を有するシール部材において、シール部材の後端部が応力緩和溝によって複数の領域に分割される構成の場合には、複数の領域のそれぞれに外筒部材からの圧縮応力が集中した場合や、シール部材が熱膨張した場合に、各領域の移動（変形）の自由度が大きいため、複数の領域のうちいずれかが外筒部材の後端に接触し、更には食い込むことで、接触部分に亀裂が生じることがある。
【００１１】
そこで、本発明は、シール部材を備えるガスセンサにおいて、シール部材での亀裂の発生を抑制できる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】
本発明の１つの局面におけるガスセンサは、センサ素子と、主体金具と、外筒部材と、リード線と、シール部材と、を備える。
センサ素子は、軸線方向に延びる長尺形状に形成され、軸線方向の後端側に電極部を備える。主体金具は、センサ素子の外周の一部を覆う筒状に形成されている。外筒部材は、主体金具の後端側に係合される筒状の部材である。リード線は、軸線方向に延びると共に、一端がセンサ素子の検知部に電気的に接続され、他端が外筒部材の外部に配置される。リード線は、複数備えられる。
【００１３】
シール部材は、外筒部材の後端側内部に加締め固定されるとともに、外筒部材の内部から外部に向かうリード線を挿通するための複数のリード線挿通孔を有する。
また、シール部材の後端側端部は、後端凹部を備える。
【００１４】
後端凹部は、リード線挿通孔の形成領域の最外部よりも径方向内側の領域において、先端側に向けて凹んで形成されている。後端凹部は、後端側に後端開口部を有するとともに、後端側底部と後端周囲部とに囲まれる空間部である。
【００１５】
後端側底部は、後端凹部の内面のうち最も先端側に形成される底面部分である。後端周囲部は、後端凹部の内面のうち後端側底部から後端開口部に至る側面部分であって、後端側底部および後端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分である。
【００１６】
なお、後端凹部は、シール部材において、外筒部材への加締め固定により生じる圧縮応力を緩和するため、または内燃機関からの熱によってシール部材に生じる熱膨張の影響を緩和するための空間部として備えられる。
【００１７】
このガスセンサのシール部材においては、後端周囲部が、後端凹部の内面のうち後端側底部から後端開口部に至る側面部分であって、後端側底部および後端開口部を全周にわたり連続して取り囲む形状の側面部分として備えられる。つまり、このシール部材は、後端周囲部が後端側底部から後端開口部（換言すれば、シール部材の後端面）に至る側面部分を形成するとともに、後端周囲部が途切れることなく後端凹部の側面（換言すれば、後端側底部から後端開口部に至る領域）を取り囲む形態である。このため、例えば、後端凹部の側面を取り囲む後端周囲部が途切れた構成のシール部材では、後端周囲部が途切れた箇所（例えば、根元部分など）に対して圧縮応力が集中する場合や、シール部材に生じる熱膨張の影響する場合があるのに対して、このガスセンサのシール部材は、後端周囲部が途切れることなく後端凹部の側面を取り囲む形態であるため、そのような圧縮応力の集中や熱膨張の影響を抑制できる。
【００１８】
これにより、このガスセンサにおいては、シール部材のうち後端周囲部が途切れた箇所への圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
その上、このガスセンサのシール部材は、後端周囲部が途切れることなく後端凹部の側面を取り囲む形態であり、移動（変形）の自由度が小さいため、シール部材が熱膨張した場合であっても、外筒部材の後端に接触または食い込むことを抑制でき、接触部分への亀裂の発生を抑制できる。
【００１９】
また、後端凹部がリード線挿通孔の形成領域の最外部よりも径方向内側の領域に形成されているため、後端凹部の形成領域が、シール本体部の後端側端部のうち周縁領域まで拡がることがない。このため、後端凹部の形成領域を一定範囲内に制限でき、後端凹部の形成領域が大きくなりすぎて、リード線挿通孔の周囲を形成する箇所の強度が低下することを抑制でき、リード線挿通孔の周囲を形成する箇所への圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
【００２０】
よって、このガスセンサによれば、空間部としての後端凹部を有するシール部材を備えつつ、シール部材での亀裂の発生を抑制できる。
次に、上述のガスセンサにおいては、シール部材は、リード線挿通孔、後端凹部を有する柱状のシール本体部と、シール本体部から径方向外側に突出するとともに外筒部材の後端の後方側に配置された鍔部と、を備えていてもよい。
【００２１】
このように、外筒部材に対するシール部材の位置合わせのために、外筒部材の後端に係合可能な鍔部を有するシール部材においては、特に、外筒部材の後端とシール部材とが接触する形態となる。このような形態においても、上述のように、後端凹部を設けることで、シール部材が熱膨張した場合であっても、外筒部材の後端に接触または食い込むことを抑制でき、接触部分での亀裂の発生を抑制できる。
【００２２】
次に、上述のガスセンサにおいては、シール部材は、後端側底部が外筒部材の後端よりも軸線方向の先端側に配置される状態で、外筒部材の後端側内部に加締め固定されていてもよい。
【００２３】
つまり、軸線方向におけるシール部材と外筒部材との相対位置は、後端凹部に対して外筒部材の少なくとも一部が重なるような位置関係となる。
これにより、外筒部材の加締めによる圧縮応力によってシール部材が変形する際に、後端凹部で圧縮応力や熱膨張を吸収することができ、シール部材に亀裂が発生するのを抑制できる。
【００２４】
次に、上述のガスセンサにおいては、後端凹部は、軸線方向に垂直な断面での輪郭が、真円形状、楕円形状および曲線形状のうち少なくとも１つであってもよい。
なお、曲線形状とは、角部を持たない形状であり、その曲線上の任意の点において接線が１本となる形状である。また、真円形状および楕円形状のいずれも、曲線形状の一例である。
【００２５】
このように、後端凹部の輪郭が角部を持たない形状であれば、角部において圧縮応力が集中することを抑制でき、角部での圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
【００２６】
次に、上述のガスセンサにおいては、後端周囲部のうち後端側底部に接する領域である底部側接続領域は、その表面が後端凹部の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されていてもよい。
【００２７】
このように、後端周囲部の底部側接続領域の表面が後端凹部の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されていることで、後端周囲部の底部側接続領域に圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による後端周囲部の底部側接続領域での亀裂の発生を抑制できる。
【００２８】
次に、上述のガスセンサにおいては、後端周囲部のうち後端凹部の後端開口部に接する領域である開口側接続領域は、その表面が後端凹部の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されていてもよい。
【００２９】
このように、後端周囲部の開口側接続領域の表面が後端凹部の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されていることで、後端周囲部の開口側接続領域に圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による後端周囲部の開口側接続領域での亀裂の発生を抑制できる。
【００３０】
次に、上述のガスセンサにおいては、シール部材の先端側端部は、リード線挿通孔の形成領域の最外部よりも径方向内側の領域において後端側に向けて凹んだ先端凹部を備え、先端凹部は、先端側に先端開口部を有するとともに、先端側底部と先端周囲部とに囲まれる空間部であってもよい。
【００３１】
先端側底部は、先端凹部の内面のうち最も後端側に形成される底面部分である。先端周囲部は、先端凹部の内面のうち先端側底部から先端開口部に至る側面部分であって、先端側底部および先端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分である。
【００３２】
つまり、後端凹部に加えて先端凹部を備えるシール部材は、後端側端部のみならず先端側端部においても外筒部材からの圧縮応力やシール部材の熱膨張を吸収可能となり、圧縮応力に起因する亀裂の発生をより一層抑制できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のガスセンサによれば、空間部としての後端凹部を有するシール部材を備えつつ、シール部材での亀裂の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】全領域空燃比センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】センサ素子の概略構造を表す斜視図である。
【図３】圧縮変形前のシール部材の後端側斜視図である。
【図４】圧縮変形前のシール部材の先端側斜視図である。
【図５】圧縮変形前のシール部材の後端側外観図である。
【図６】図５におけるシール部材のＡ−Ａ断面図である。
【図７】圧縮変形前の第２シール部材の後端側外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００３６】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態では、ガスセンサの一種である全領域空燃比センサ１（以下、空燃比センサ１ともいう）について説明する。空燃比センサ１は、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガス（具体的には、酸素）の濃度を検出するセンサ素子が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される。
【００３７】
図１は、本発明を適用した実施形態の空燃比センサ１の全体構成を示す断面図である。
空燃比センサ１は、排気管に固定するためのネジ部１０３が外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子４と、センサ素子４の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、センサ素子４の電極端子部３０、３１、３２、３４、３６に電気的に接続されて電流経路を形成するリードフレーム１０と、絶縁性材料で形成され、センサ素子４の電極端子部３０、３１、３２、３４、３６に接続されるリードフレーム１０をセンサ素子４との間で保持するセパレータ８２と、リードフレーム１０とセンサ外部との間の電流経路を形成するリード線４６と、を備えている。
【００３８】
なお、リード線４６は、導電性を有する芯線と、芯線を被覆する絶縁性の樹脂製被覆材とで構成されると共に、芯線の先端側および後端側が樹脂製被覆材から露出するように構成されている。
【００３９】
センサ素子４は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方）に電極保護層９にて覆われた検出部８が形成され、後端側（図中上方）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面２１および第２板面２３に電極端子部３０、３１、３２、３４、３６が形成されている。リードフレーム１０は、センサ素子４とセパレータ８２との間に配置されることで、センサ素子４の電極端子部３０、３１、３２、３４、３６にそれぞれ当接し、電気的に接続される。また、リードフレーム１０は、外部からセンサの内部に配設されるリード線４６にも電気的にかつ機械的に接続されており、リード線４６が接続される外部機器（例えば、ＥＣＵ）と電極端子部３０、３１、３２、３４、３６との間に流れる電流の電流経路を形成する。
【００４０】
主体金具１０２は、軸線方向に貫通する貫通孔１０９を有し、貫通孔１０９の内部に径方向内側に突出する棚部１０７を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１０２は、検出部８を貫通孔１０９の先端側外部に配置し、電極端子部３０、３１、３２、３４、３６を貫通孔１０９の後端側外部に配置する状態で貫通孔１０９に挿通されたセンサ素子４を保持するよう構成されている。さらに、棚部１０７は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
【００４１】
なお、主体金具１０２の貫通孔１０９の内部には、センサ素子４の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ１０６、粉末充填層１１１およびセラミックスリーブ６が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具１０２の後端部１０４との間には、加締パッキン１１２が配置されており、主体金具１０２の後端部１０４は、加締パッキン１１２を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように加締められている。
【００４２】
ここで、センサ素子４の概略構造を表す斜視図を、図２に示す。なお、図２では、軸線方向における中間部分を省略してセンサ素子４を表している。
センサ素子４は、軸線方向（図２における左右方向）に延びる板状形状に形成された素子部２０と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ２２とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。なお、空燃比センサ１として用いられるセンサ素子４は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。
【００４３】
まず、素子部２０は、固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、同じく固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と、これらの両素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスペーサとから構成される。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ｐｔを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定ガス室の内側には、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と、酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極が露出するように配置されている。
【００４４】
なお、測定ガス室は、素子部２０の先端側に位置するように形成されると共に、スペーサの先端側には測定ガス室と外部とを連通するための多孔質のセラミックからなる拡散律速部が形成されており、この測定ガス室が形成される部分が検出部８に相当する。
【００４５】
一方、ヒータ２２は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。そして、素子部２０とヒータ２２とは、セラミック層（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック）を介して互いに接合される。
【００４６】
また、センサ素子４は、先端側のうち少なくとも測定対象物（本実施形態では排ガス）に晒される電極の表面上には、被毒防止用の多孔質のセラミックからなる電極保護層９（図２では図示省略）が形成される。なお、本実施形態では、図１に示すように、センサ素子４のうち排ガスに晒される電極の表面を含む先端側全面を、電極保護層９にて覆っている。図１では、センサ素子４については外観構造を表しており、電極保護層９については断面構造を表している。
【００４７】
このようなセンサ素子４では、図２に示すように、第１板面２１の後端側（図２における右側）に３個の電極端子部３０、３１、３２が形成され、第２板面２３の後端側に２個の電極端子部３４、３６が形成されている。電極端子部３０、３１、３２は、素子部２０に形成されるものであり、１つの電極端子部は、測定ガス室の内側に露出する酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極と共用する形で電気的に接続される。また、電極端子部３０、３１、３２のうち残り２つの電極端子部は、酸素濃淡電池素子の他方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の他方の多孔質電極と各々電気的に接続されている。また、電極端子部３４、３６は、ヒータ２２に形成されるものであり、ヒータの厚さ方向に横切るビア導体（図示せず）を介して発熱抵抗体パターンの両端に各々接続されている。
【００４８】
このように構成されたセンサ素子４は、図１に示すように、先端側（図１における下方）の検出部８が排気管に固定される主体金具１０２の先端より突出すると共に、後端側の電極端子部３０、３１、３２、３４、３６が主体金具１０２の後端より突出した状態で、主体金具１０２の内部に固定される。一方、図１に示すように、主体金具１０２の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子４の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する有底筒状の外部プロテクタ４２および内部プロテクタ４３が、レーザー溶接等によって取り付けられている。つまり、外部プロテクタ４２および内部プロテクタ４３は、接合部４１において、主体金具１０２に溶接されている。
【００４９】
また、主体金具１０２の後端部１０４より突出するセンサ素子４の後端側（図１における上方）には、電極端子部３０、３１、３２、３４、３６が形成されるセンサ素子４の径方向周囲を取り囲むように、セパレータ８２が配置される。なお、セパレータ８２は、外筒４４の第１段部４８に当接するように保持金具２００によって後端側に付勢され、外筒４４の第１段部４８と保持金具２００との間で挟持される状態で、外筒４４の内部に保持される。
【００５０】
そして、主体金具１０２の後端側外周には、外筒４４が固定されている。外筒４４は、図１に示すように、接合部４５で主体金具１０２と接合される第１外筒部５４と、これよりも後端側に位置し第１外筒部５４よりも小径の第２外筒部５６と、これらの間に位置する第１段部４８と、第２外筒部５６よりも後端側に位置し、第２外筒部５６よりも小径の第３外筒部５８と、第２外筒部５６と第３外筒部５８との間に位置する第２段部４９と、を有している。
【００５１】
外筒４４の後端側の開口部（換言すれば、第３外筒部５８の内側）には、弾性体（例えば、ゴムなど）で形成されたシール部材６０が配置されている。
シール部材６０は、外筒４４の後端側内部に加締め固定される柱状のシール本体部６１と、シール本体部６１の後端側において径方向外側に向かって突出する鍔部６２と、リード線４６が挿通される５個のリード線挿通孔６３と、を有する。なお、シール部材６０の詳細については後述する。
【００５２】
シール部材６０は、第３外筒部５８に形成される内側凸部９９によって圧縮変形された状態で第３外筒部５８に固定される。内側凸部９９は、第３外筒部５８のうちシール部材６０の周囲に位置する部位を径方向内側に向かって加締めることで形成される。このとき、シール部材６０は、鍔部６２が第３外筒部５８の後端から外部に張り出した状態で、第３外筒部５８に対して固定される。
【００５３】
なお、内側凸部９９は、第３外筒部５８の後端から先端側に離れた位置に形成されている。内側凸部９９とは、加締めによって径方向内側に窪んだ部分のことである。
［１−２．シール部材］
次に本発明の主要部であるシール部材６０について詳細に説明する。
【００５４】
シール部材６０は、耐熱性に優れるフッ素ゴムで形成された部材である。
図３に圧縮変形前のシール部材の後端側斜視図を示し、図４に圧縮変形前のシール部材の先端側斜視図を示し、図５に圧縮変形前のシール部材の後端側外観図を示し、図６に図５におけるシール部材のＡ−Ａ断面図を示す。
【００５５】
図３〜６に示すように、シール部材６０は、シール本体部６１と、鍔部６２と、リード線挿通孔６３と、後端凹部６４と、先端凹部６５と、を有している。
シール本体部６１は、外筒４４の後端側内部に加締め固定される柱状に形成されており、シール部材６０の主要部を構成する。
【００５６】
鍔部６２は、シール本体部６１の後端側において径方向外側に向かって突出する形態で形成されている。図１に示すように、鍔部６２は、シール本体部６１のうち外筒４４の後端４４ａよりも後端における外筒４４の外径寸法よりも大径に形成されている。この鍔部６２は、外筒４４の後端４４ａに係合している。
【００５７】
リード線挿通孔６３は、シール部材６０を軸線方向に貫通する挿通孔であり、シール部材６０において複数個（本実施形態では５個）形成されている。複数のリード線挿通孔６３は、図３〜５に示すように、シール部材６０のうち軸線方向に対する垂直面において、シール部材６０の中央部を中心とする周方向に分散配置されている。
【００５８】
後端凹部６４は、シール本体部６１の後端側端部６１ａのうち、リード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａ（図５参照）よりも径方向内側の領域において、先端側に向けて凹んで形成されている。なお、本実施形態では、後端凹部６４は、シール本体部６１の後端側端部６１ａのうち、リード線挿通孔６３の形成領域の最内部６３ｂ（図５参照）よりも径方向内側の領域において、先端側に向けて凹んで形成されている。また、後端凹部６４は、図５に示すように、軸線方向に垂直な断面での輪郭が真円形状に形成されている。
【００５９】
また、後端凹部６４は、後端側に後端開口部を有するとともに、後端側底部６４ｂと後端周囲部６４ａとに囲まれる空間部である。
後端側底部６４ｂは、後端凹部６４の内面のうち最も先端側に形成される底面部分である。後端周囲部６４ａは、後端凹部６４の内面のうち後端側底部６４ｂから後端開口部に至る側面部分であって、後端側底部６４ｂおよび後端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分である。換言すれば、後端周囲部６４ａは、シール本体部６１の後端側端部６１ａにおいて後端凹部６４の側面（換言すれば、後端側底部６４ｂから後端開口部に至る領域）を全周にわたり連続して取り囲むように形成される。
【００６０】
後端周囲部６４ａのうち後端側底部６４ｂに接する領域である底部側接続領域６４ｃは、その表面が後端凹部６４の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されている。後端周囲部６４ａのうち後端凹部６４の後端開口部に接する領域である開口側接続領域６４ｄは、その表面が後端凹部６４の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されている。
【００６１】
なお、リード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａおよび最内部６３ｂは、それぞれ、後端側から見たときのシール部材６０（シール本体部６１）の後端側端部６１ａにおける重心（図示省略）を中心とする円形状で表すことができる。最外部６３ａを示す円形状の半径は、リード線挿通孔６３の形成領域のうちシール部材６０（シール本体部６１）の後端側端部６１ａにおける重心からの距離が最大となる箇所と、シール部材６０の重心との距離に相当する。最内部６３ｂを示す円形状の半径は、リード線挿通孔６３の形成領域のうちシール部材６０（シール本体部６１）の後端側端部６１ａにおける重心からの距離が最小となる箇所と、シール部材６０の重心との距離に相当する。
【００６２】
先端凹部６５は、シール本体部６１の先端側端部６１ｂのうち、リード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａよりも径方向内側の領域において、後端側に向けて凹んで形成されている。なお、本実施形態では、先端凹部６５は、シール本体部６１の先端側端部６１ｂのうち、リード線挿通孔６３の形成領域の最内部６３ｂよりも径方向内側の領域において、後端側に向けて凹んで形成されている。先端凹部６５は、図示を省略するが、後端凹部６４と同様に、軸線方向に垂直な断面での輪郭が真円形状に形成されている。
【００６３】
また、先端凹部６５は、先端側に先端開口部を有するとともに、先端側底部６５ｂと先端周囲部６５ａとに囲まれる空間部である。
先端側底部６５ｂは、先端凹部６５の内面のうち最も後端側に形成される底面部分である。先端周囲部６５ａは、先端凹部６５の内面のうち先端側底部６５ｂから先端開口部に至る側面部分であって、先端側底部６５ｂおよび先端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分である。換言すれば、先端周囲部６５ａは、シール本体部６１の先端側端部６１ｂにおいて先端凹部６５の側面（換言すれば、先端側底部６５ｂから先端開口部に至る領域）を全周にわたり連続して取り囲むように形成される。
【００６４】
先端周囲部６５ａのうち先端側底部６５ｂに接する領域である底部側接続領域６５ｃは、その表面が先端凹部６５の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されている。先端周囲部６５ａのうち先端凹部６５の先端開口部に接する領域である開口側接続領域６５ｄは、その表面が先端凹部６５の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されている。
【００６５】
このような構成のシール部材６０は、図１に示すように、外筒４４の後端側の開口部（換言すれば、第３外筒部５８の内側）に配置されて、内側凸部９９によって圧縮変形された状態で第３外筒部５８に固定される。詳細には、シール部材６０は、後端凹部６４の後端側底部６４ｂが外筒４４の後端４４ａよりも先端側に配置される状態で、外筒４４の後端側内部に加締め固定されている。
【００６６】
［１−３．全領域空燃比センサの組立て作業］
次に、空燃比センサ１の組立て作業について、説明する。
まず、リード線４６が各々接続された５本のリードフレーム１０を、セパレータ８２の内側に配置する。
【００６７】
次に、セパレータ８２のうち側面部３０１の外周に対して、保持金具２００を装着する。このとき、保持金具２００のＪ型保持部２０３がセパレータ８２の側面部３０１に当接するようにして、保持金具２００をセパレータ８２に装着する。
【００６８】
そして、リード線４６をシール部材６０のリード線挿通孔６３に挿通した後、外筒４４の先端側から後端側に向けてリード線４６を挿通した後、セパレータ８２の後端面が外筒４４の第１段部４８に当接するように、外筒４４の内部にセパレータ８２を収容する。
【００６９】
次に、外筒４４の第１外筒部５４のうちで保持金具２００の筒部２０１の径方向外側に位置する部位を、押圧治具を用いて径方向内側に加締めて変形部７５を形成する。このとき、変形部７５の内部に位置する保持金具２００をも変形させることで、セパレータ８２を保持金具２００によって後端側に付勢する。このようにして、まず上部アッセンブリを作製する。なお、本実施形態では、変形部７５は、八方丸加締めによって形成した。
【００７０】
次に、センサ素子４、セラミックスリーブ６、セラミックホルダ１０６、主体金具１０２および外部プロテクタ４２などを備える下部アッセンブリの組立て作業を別途実行する。この下部アッセンブリでは、センサ素子４の後端側を主体金具１０２の後端側より突出するようにして適宜作製した。
【００７１】
このようにして作製された上部アッセンブリと下部アッセンブリとを相対的に移動させることにより、リードフレーム１０が内部に配置された状態のセパレータ８２のコンタクト挿通孔８４に対して、センサ素子４の後端側を挿通する。これにより、リードフレーム１０とセンサ素子４の電極端子部３０、３１、３２、３４、３６とが当接し、互いに電気的に接続される。
【００７２】
次に、主体金具１０２の径方向外側に配置される外筒４４の第１外筒部５４のうち、主体金具１０２に重なる部位を加締め治具を用いて径方向内側に加締めることで、主体金具１０２と外筒４４とを結合させる。
【００７３】
次に、外筒４４における第３外筒部５８のうち、シール部材６０の周囲に位置する部位を加締め治具を用いて径方向内側に加締めて内側凸部９９を形成し、外筒４４および各リード線４６に対して、シール部材６０を固定する。
【００７４】
その後、主体金具１０２に対して外筒４４を径方向内側に加締めた部位を全周レーザー溶接して接合部４５を形成し、主体金具１０２と外筒４４との接合を行う。
このようにして空燃比センサ１が完成する。
【００７５】
なお、シール部材６０は第３外筒部５８の後端から突出する状態で配置され、内側凸部９９は第３外筒部５８の後端から先端側に離れた位置に形成される。
［１−４．効果］
以上説明したように、本実施形態の空燃比センサ１のシール部材６０においては、後端周囲部６４ａが、後端凹部６４の内面のうち後端側底部６４ｂから後端開口部に至る側面部分であって、後端側底部６４ｂおよび後端開口部を全周にわたり連続して取り囲む形状の側面部分として備えられる。つまり、シール部材６０は、後端周囲部６４ａが後端側底部６４ｂから後端開口部（換言すれば、シール部材６０の後端面）に至る側面部分を形成するとともに、後端周囲部６４ａが途切れることなく後端凹部６４の側面（換言すれば、後端側底部６４ｂから後端開口部に至る領域）を取り囲む形態である。このため、例えば、後端凹部の側面を取り囲む後端周囲部が途切れた構成のシール部材では、後端周囲部が途切れた箇所（例えば、根元部分など）に対して圧縮応力が集中する場合や、シール部材６０に生じる熱膨張の影響する場合があるのに対して、このシール部材６０は、後端周囲部６４ａが途切れることなく後端凹部６４の側面を取り囲む形態であるため、そのような圧縮応力の集中や熱膨張の影響を抑制できる。
【００７６】
これにより、空燃比センサ１においては、シール部材６０のうち後端周囲部が途切れた箇所への圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
その上、この空燃比センサ１のシール部材６０は、後端周囲部６４ａが途切れることなく後端凹部６４の側面を取り囲む形態であり、移動（変形）の自由度が小さいため、シール部材６０が熱膨張した場合であっても、外筒４４の後端４４ａに接触または食い込むことを抑制でき、接触部分への亀裂の発生を抑制できる。
【００７７】
また、後端凹部６４がリード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａよりも径方向内側の領域に形成されているため、後端凹部６４の形成領域が、シール本体部６１の後端側端部６１ａのうち周縁領域まで拡がることがない。このため、後端凹部６４の形成領域を一定範囲内に制限でき、後端凹部６４の形成領域が大きくなりすぎて、リード線挿通孔６３の周囲を形成する箇所の強度が低下することを抑制でき、リード線挿通孔６３の周囲を形成する箇所への圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
【００７８】
よって、空燃比センサ１によれば、空間部としての後端凹部６４を有するシール部材６０を備えつつ、シール部材６０での亀裂の発生を抑制できる。
次に、空燃比センサ１においては、シール部材６０は、リード線挿通孔６３、後端凹部６４を有する柱状のシール本体部６１と、シール本体部６１から径方向外側に突出するとともに外筒４４の後端４４ａの後方側に配置された鍔部６２と、を備えている。
【００７９】
このように、外筒４４に対するシール部材６０の位置合わせのために、外筒４４の後端４４ａに係合可能な鍔部６２を有するシール部材６０においては、特に、外筒４４の後端４４ａとシール部材６０とが接触する形態となる。このような形態においても、後端凹部６４を設けることで、シール部材６０が熱膨張した場合であっても、外筒４４の後端４４ａに接触または食い込むことを抑制でき、接触部分での亀裂の発生を抑制できる。
【００８０】
次に、空燃比センサ１においては、シール部材６０は、後端凹部６４の後端側底部６４ｂが外筒４４の後端４４ａよりも先端側に配置される状態で、外筒４４の後端側内部（第３外筒部５８の内部）に加締め固定されている。
【００８１】
つまり、軸線方向におけるシール部材６０と外筒４４との相対位置は、後端凹部６４に対して外筒４４の少なくとも一部が重なるような位置関係となる。
これにより、外筒４４の加締めによる圧縮応力によってシール部材６０が変形する際に、空間部としての後端凹部６４で圧縮応力や熱膨張を吸収することができ、シール部材６０に亀裂が発生するのを抑制できる。
【００８２】
次に、空燃比センサ１においては、後端凹部６４は、軸線方向に垂直な断面での輪郭が真円形状に形成されている。
このように、後端凹部６４の輪郭が角部を持たない形状であれば、角部において圧縮応力が集中することを抑制でき、角部での圧縮応力の集中による亀裂の発生を抑制できる。
【００８３】
次に、空燃比センサ１においては、後端周囲部６４ａのうち後端側底部６４ｂに接する領域である底部側接続領域６４ｃは、その表面が後端凹部６４の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されている。これにより、シール部材６０は、後端周囲部６４ａの底部側接続領域６４ｃに圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による後端周囲部６４ａの底部側接続領域６４ｃでの亀裂の発生を抑制できる。
【００８４】
次に、空燃比センサ１においては、後端周囲部６４ａのうち後端凹部６４の後端開口部に接する領域である開口側接続領域６４ｄは、その表面が後端凹部６４の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されている。これにより、シール部材６０は、後端周囲部６４ａの開口側接続領域６４ｄに圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による後端周囲部６４ａの開口側接続領域６４ｄでの亀裂の発生を抑制できる。
【００８５】
次に、空燃比センサ１においては、シール部材６０の先端側端部６１ｂは、リード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａよりも径方向内側の領域において、後端側に向けて凹んだ先端凹部６５を備えている。
【００８６】
つまり、後端凹部６４に加えて先端凹部６５を備えるシール部材６０は、後端側端部６１ａのみならず先端側端部６１ｂにおいても外筒４４からの圧縮応力やシール部材６０の熱膨張を吸収可能となり、圧縮応力に起因する亀裂の発生をより一層抑制できる。
【００８７】
次に、空燃比センサ１においては、先端周囲部６５ａの底部側接続領域６５ｃの表面が先端凹部６５の外向き方向に凹んだ曲面形状に形成されている。これにより、シール部材６０は、先端周囲部６５ａの底部側接続領域６５ｃに圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による先端周囲部６５ａの底部側接続領域６５ｃでの亀裂の発生を抑制できる。
【００８８】
次に、空燃比センサ１においては、先端周囲部６５ａの開口側接続領域６５ｄの表面が先端凹部６５の内向き方向に膨らんだ曲面形状に形成されている。これにより、シール部材６０は、先端周囲部６５ａの開口側接続領域６５ｄに圧縮応力が集中することを抑制でき、圧縮応力の集中や熱膨張の影響による先端周囲部６５ａの開口側接続領域６５ｄでの亀裂の発生を抑制できる。
【００８９】
また、シール部材６０は、鍔部６２が外筒４４（第３外筒部５８）の後端から突出された状態で、外筒４４（第３外筒部５８）の内側に配置されている。これにより、リード線４６を折り曲げた際に、外筒４４（第３外筒部５８）の後端のエッジないしバリに当接してリード線４６が損傷するのを防止できる。
【００９０】
［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
全領域空燃比センサ１がガスセンサの一例に相当し、センサ素子４がセンサ素子の一例に相当し、主体金具１０２が主体金具の一例に相当し、外筒４４が外筒部材の一例に相当し、リード線４６がリード線の一例に相当する。
【００９１】
シール部材６０がシール部材の一例に相当し、シール本体部６１がシール本体部の一例に相当し、後端側端部６１ａがシール部材の後端側端部の一例に相当し、先端側端部６１ｂがシール部材の先端側端部の一例に相当する。リード線挿通孔６３がリード線挿通孔の一例に相当し、鍔部６２が鍔部の一例に相当し、後端凹部６４が後端凹部の一例に相当し、後端周囲部６４ａが後端周囲部の一例に相当し、後端側底部６４ｂが後端側底部の一例に相当し、底部側接続領域６４ｃが底部側接続領域の一例に相当し、開口側接続領域６４ｄが開口側接続領域の一例に相当する。先端凹部６５が先端凹部の一例に相当し、先端周囲部６５ａが先端周囲部の一例に相当し、先端側底部６５ｂが先端側底部の一例に相当する。
【００９２】
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９３】
例えば、上記実施形態では、シール部材の一例として、後端凹部６４および先端凹部６５を備えるシール部材について説明したが、シール部材は、後端凹部を有するが先端凹部を有さない構成であってもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、後端凹部６４の後端側底部６４ｂが外筒４４の後端４４ａよりも先端側に配置される状態で、シール部材６０が外筒４４の後端側内部に加締め固定される構成の空燃比センサ１について説明したが、シール部材と外筒部材との相対位置関係は、このような構成に限られることはない。例えば、ガスセンサは、後端凹部の後端側底部が外筒部材の後端よりも後端側に配置される状態で、シール部材が外筒部材の後端側内部に加締め固定される構成であっても良い。
【００９５】
また、上記実施形態では、後端凹部として、軸線方向に垂直な断面での輪郭が真円形状に形成された後端凹部６４について説明したが、後端凹部の輪郭は、楕円形状または曲線形状であってもよい。なお、曲線形状とは、角部を持たない形状であり、その曲線上の任意の点において接線が１本となる形状である。また、真円形状および楕円形状のいずれも、曲線形状の一例である。
【００９６】
このように、後端凹部の輪郭が角部を持たない形状であれば、角部おいて圧縮応力が集中することを抑制でき、角部での圧縮応力の集中による亀裂の発生を抑制できる。
また、上記実施形態では、後端凹部として、シール本体部６１の後端側端部６１ａのうち、リード線挿通孔６３の形成領域の最内部６３ｂ（図５参照）よりも径方向内側の領域に形成されている後端凹部６４について説明したが、リード線挿通孔６３の形成領域の最外部６３ａ（図５参照）よりも径方向内側の領域に形成されている後端凹部であってもよい。
【００９７】
例えば、図７に示す第２シール部材１６０に備えられる後端凹部のように、一部がリード線挿通孔６３どうしの間に形成される輪郭形状の変形後端凹部１６４であってもよい。この変形後端凹部１６４は、その一部が最内部６３ｂよりも径方向外側の領域に形成されるが、その全体が最外部６３ａよりも径方向内側領域に形成されている。
【００９８】
この場合においても、上記実施形態と同様に、変形後端凹部１６４の形成領域を一定範囲内に制限でき、変形後端凹部１６４の形成領域が大きくなりすぎて、リード線挿通孔６３の周囲を形成する箇所の強度が低下することを抑制でき、リード線挿通孔６３の周囲を形成する箇所への圧縮応力の集中や熱膨張の影響による亀裂の発生を抑制できる。
【００９９】
なお、第２シール部材１６０の変形後端凹部１６４は、後端側に後端開口部を有するとともに、変形後端側底部１６４ｂと変形後端周囲部１６４ａとに囲まれる空間部である。変形後端側底部１６４ｂは、変形後端凹部１６４の内面のうち最も先端側に形成される底面部分である。変形後端周囲部１６４ａは、変形後端凹部１６４の内面のうち変形後端側底部１６４ｂから後端開口部に至る側面部分であって、変形後端側底部１６４ｂおよび後端開口部を全周にわたり連続して取り囲むように形成される側面部分である。換言すれば、変形後端周囲部１６４ａは、シール本体部６１の後端側端部６１ａにおいて変形後端凹部１６４の側面（換言すれば、変形後端側底部１６４ｂから後端開口部に至る領域）を全周にわたり連続して取り囲むように形成される。
【符号の説明】
【０１００】
１…全領域空燃比センサ（空燃比センサ）、４…センサ素子、４４…外筒、４４ａ…後端、４６…リード線、５４…第１外筒部、５６…第２外筒部、５８…第３外筒部、６０…シール部材、６１…シール本体部、６１ａ…後端側端部、６１ｂ…先端側端部、６２…鍔部、６３…リード線挿通孔、６３ａ…最外部、６３ｂ…最内部、６４…後端凹部、６４ａ…後端周囲部、６４ｂ…後端側底部、６４ｃ…底部側接続領域、６４ｄ…開口側接続領域、６５…先端凹部、６５ａ…先端周囲部、６５ｃ…底部側接続領域、６５ｄ…開口側接続領域、１０２…主体金具、１６０…第２シール部材、１６４…変形後端凹部、１６４ａ…変形後端周囲部、１６４ｂ…変形後端側底部。
【図１】
0006629629.tif 000002
【図２】
0006629629.tif 000003
【図３】
0006629629.tif 000004
【図４】
0006629629.tif 000005
【図５】
0006629629.tif 000006
【図６】
0006629629.tif 000007
【図７】
0006629629.tif 000008