(57)【要約】【課題】  外部から被水した場合でもガスセンサの出力等に異常が生じにくいガスセンサ及びガスセンサユニットを提供し、さらには、放熱性が良好となるガスセンサ及びガスセンサユニットを提供する。【解決手段】  本発明のガスセンサ１００は、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子１２０の後端側の周囲を取り囲むセラミック包囲体１３０を有しており、このセラミック包囲体１３０は、ガスセンサを使用に供したときに、主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部１３１を有し、少なくとも包囲体露出部１３１には、釉薬層１３２を形成してなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、
上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、
を備えるガスセンサであって、
上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したときに、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を含み、
少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層を形成してなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサにおいて、
前記釉薬層の表面粗さＲａが０．４μｍ以下とされることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスセンサにおいて、
前記釉薬層の膜厚が１５μｍ〜１００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、
前記セラミック包囲体は、前記包囲体露出部の外径よりも大きな外径を有し、後端向きテーパ面を有する径大部を備え、
前記釉薬層は、少なくとも前記包囲体露出部から前記後端向きテーパ面まで形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサにおいて、
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面とその後端側に延びる前記セラミック包囲体の外周面との境界における表面形状が１．５ｍｍ以下の曲率半径を有する凹部を構成し、
前記凹部は、パッキンを介して主体金具と係合していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具、絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体、及び上記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し上記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力する端子部材を有するガスセンサと、
上記ガスセンサの上記端子部材と接続し、上記出力信号を外部装置に送信する筒状のキャップ端子、及び当該キャップ端子と上記セラミック包囲体の後端側を被覆し、絶縁性の弾性体からなる絶縁部を有するガスセンサキャップと、
を備えるガスセンサユニットであって、
上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサキャップの上記絶縁部と上記主体金具との間において外部に露出する包囲体露出部を有し、
少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層が形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項７】
請求項６に記載のガスセンサユニットにおいて、
前記釉薬層は、前記セラミック包囲体における上記主体金具の後端より後端側外周面に形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項８】
請求項６または７に記載のガスセンサユニットにおいて、
前記の表面粗さＲａが０．４μｍ以下とされることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項９】
請求項６乃至８に記載のガスセンサユニットにおいて、
前記釉薬層の膜厚が１５μｍ〜１００μｍであることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一項に記載のガスセンサユニットにおいて、
前記セラミック包囲体は、前記包囲体露出部の外径よりも大きな外径を有し、後端向きテーパ面を有する径大部を備え、
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面まで形成されていることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスセンサユニットにおいて、
前記釉薬層は、前記後端向きテーパ面とその後端側に延びる前記セラミック包囲体の外周面との境界における表面形状が１．５ｍｍ以下の曲率半径を有する凹部を構成し、
前記凹部は、パッキンを介して主体金具と係合していることを特徴とするガスセンサユニット。
【請求項１２】
軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、
上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、
を備えるガスセンサの製造方法であって、
前記セラミック包囲体の外周面に対して、釉薬材料を噴霧することで該セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成し、
前記釉薬材料層を釉焼して釉薬層を形成することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックからなるガス検出素子を有するガスセンサ及びガスセンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セラミックからなるガス検出素子を有するガスセンサとして、様々なものが提案されている。これらのガスセンサとしては、例えば、内燃機関の排気管に取付けられて、排気中の酸素濃度を検知するものが挙げられる。
【特許文献１】特開２００１−５０９２８号公報（第１図）
【特許文献２】特公平６−６０８８３号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１のガスセンサでは、排気管から外部に突出するセラミック包囲体は、金属製の筒体で被覆されていた。これは、車両走行中にセラミック包囲体が被水し、熱衝撃によって損傷することを防止するためであり、セラミック包囲体を保護するためであった。ところが、このようなガスセンサでは、外部に突出するセラミック包囲体を金属製の筒体で被覆しているため、ガスセンサの放熱性が良好でなかった。このため、ガスセンサを構成する樹脂（ゴム）製部品が、排気熱によって早期に劣化してしまう虞があった。
【０００４】
これに対し、特許文献２のガスセンサでは、金属製の筒体を分割して両者の間に間隙を設け、金属製の筒体の間隙部分から露出するセラミック包囲体を通じて放熱しやすくすることで、ゴム製のグロメットの劣化に対する防止を図っている。ところが、金属製の筒体の間隙部分からセラミック包囲体が露出しているため、車両走行中にセラミック包囲体が被水することがあると、熱衝撃によりセラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう虞があった。そして、その損傷部分からガスセンサの出力等に異常が生じ、ひいては故障してしまう虞があった。
【０００５】
本発明は、かかる現状を鑑みてなされたものであって、外部から被水した場合でもガスセンサの出力等に異常が生じにくく、かつ、放熱性が良好となるガスセンサ及びガスセンサユニット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】
【０００６】
その解決手段は、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、を備えるガスセンサであって、上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したときに、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を含み、少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層を形成してなるガスセンサである。
【０００７】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲むセラミック包囲体を有しており、このセラミック包囲体は、ガスセンサを使用に供したときに、主体金具の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部を有し、少なくとも包囲体露出部には、釉薬層を形成してなる。このため、車両走行中にセラミック包囲体の包囲体露出部が被水した際に、まず釉薬層に被水する。すると、釉薬層が熱衝撃を緩和し、包囲体露出部まで衝撃が伝わりにくくなる。さらには、包囲体露出部に釉薬層を形成することで、包囲体露出部の外周面を平滑化させることができ、熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。これにより、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができ、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。
【０００８】
なお、包囲体露出部としては、セラミック包囲体のうち主体金具の後端より突出する後端側の部分の全体が外部に露出する形態に限らず、セラミック包囲体のうち主体金具の後端より突出する部分の一部が外部に露出する形態もある。後者の形態としては、例えば、セラミック包囲体の内部への浸水を防止するために樹脂キャップによって、セラミック包囲体の後端部を被覆する際、主体金具の後端より突出する後端側の部分のうち樹脂キャップに密着されていない部分を外部に露出する形態が挙げられる。
【０００９】
さらに、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合は、ガス検出素子や主体金具の熱がセラミック包囲体に伝わり、包囲体露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。
【００１０】
また、釉薬層に使用される釉薬とは、上薬ともいい、セラミック包囲体の機械的強度を増すためにセラミック包囲体の表面に施したガラス質のものである。具体的には、硼珪酸ガラスやアルカリ硼珪酸ガラス等である。
【００１１】
さらに、上記のガスセンサであって、釉薬層の表面粗さＲａが０．４μｍ以下とされるガスセンサとすると良い。
【００１２】
本発明のガスセンサによれば、釉薬層の表面粗さＲａを０．４μｍ以下に設定することで、釉薬層の表面がさらに平滑化され、釉薬層に熱衝撃が加わったときに亀裂や貫通等が起こる危険性を有効に低下させることができる。なお、本発明において、表面粗さＲａは算術平均粗さＲａのことであり、算術平均粗さＲａの値は、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４年）の３「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されたものである。
【００１３】
なお、釉薬層の平滑化を有効に図るためには、下地となる包囲体露出部（セラミック包囲体）の表面粗さＲａを１．２μｍ以下（好ましくは１．０μｍ）とすることが好ましく、このような下地に対して、釉薬層の膜厚を１５μｍ〜１００μｍの範囲内とすれば、釉薬層の表面粗さＲａを０．４μｍ以下に形成することができる。さらに、このような膜厚範囲とすれば、主体金具等に対する組み付け性が良好となる。
【００１４】
ところで、セラミック包囲体に後端向きテーパ面を有する径大部を設け、その後端向きテーパ面に対して、パッキンを介しつつ、主体金具の後端を径方向内側に加締めることで、セラミック包囲体を主体金具に保持することがある。このとき、セラミック包囲体の後端向きテーパ面にパッキンによる応力がかかることで、セラミック包囲体にクラックが発生することがある。そこで、このような径大部を有するセラミック包囲体においては、包囲体露出部だけでなく後端向きテーパ面まで釉薬層を形成することで、セラミック包囲体の強度が増し、クラックの発生を防止することができる。
【００１５】
一方、包囲体露出部から後端向きテーパ面まで単純に釉薬層を形成した場合、セラミック包囲体の後端向きテーパ面とその後端側に延びるの外表面との境界（以後セラミック包囲体の境界とも言う）は、成形時の釉薬が溜まりやすいため、他の部分よりも厚い釉薬層が形成されやすい。その結果、釉薬層の表面形状によっては、セラミック包囲体に向かうパッキンによる応力が、軸方向よりも径方向へ加重され、セラミック包囲体のクラックが生じやすくなる。そこで、本発明では、後端向きテーパ面とその後端側に延びるセラミック包囲体の外周面との境界における釉薬層の表面形状を１．５ｍｍ以下の曲率半径を有する凹部を有するものとし、この凹部にパッキンを介して主体金具を係合する。これにより、セラミック包囲体に向かうパッキンによる径方向への応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。なお、曲率半径が１．５ｍｍを越えると、上記効果を十分に発揮することができない。
【００１６】
他の解決手段は、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具、絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体、及び上記ガス検出素子の内周面に形成した内側電極と接続し上記ガス検出素子からの出力信号を外部に出力する端子部材を有するガスセンサと、上記ガスセンサの上記端子部材と接続し、上記出力信号を外部装置に送信する筒状のキャップ端子、及び当該キャップ端子と上記セラミック包囲体の後端側を被覆し、絶縁性の弾性体からなる絶縁部を有するガスセンサキャップと、を備えるガスセンサユニットであって、上記セラミック包囲体は、上記ガスセンサキャップの上記絶縁部と上記主体金具との間において外部に露出する包囲体露出部を有し、少なくとも上記包囲体露出部には、釉薬層が形成されていることを特徴とするガスセンサユニットである。
【００１７】
一般に、ガスセンサキャップの絶縁部は、樹脂（ゴム）製部品でされているため、ガスセンサの主体金具と接触させると、ガス検出素子や主体金具の熱が直接絶縁部に伝わり、絶縁部が早期に劣化してしまう虞があった。そこで、本発明のガスセンサユニットは、ガスセンサキャップの絶縁部と主体金具との間のセラミック包囲体を外部に露出させている。つまり、ガスセンサの主体金具と、ガスセンサキャップの絶縁部との間に間隙を設け、ガスセンサの主体金具とガスセンサキャップの絶縁部とを非接触状態とすることで、ガス検出素子や主体金具の熱を直接絶縁部に伝わることを抑制している。
【００１８】
さらに、本発明のガスセンサユニットは、ガスセンサキャップの上記絶縁部が、セラミック包囲体の後端側を被覆するようにしており、ガスセンサキャップの絶縁部と主体金具との間に、セラミック包囲体を外部に露出する包囲体露出部を設けている。このため、使用に供したとき、ガス検出素子が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサである場合は、ガス検出素子や主体金具の熱がセラミック包囲体に伝わり、包囲体露出部を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。
【００１９】
そして、本発明のガスセンサによれば、包囲体露出部に、釉薬層を形成している。このため、車両走行中に包囲体露出部が被水した際に、まず釉薬層に被水する。すると、釉薬層が熱衝撃を緩和し、包囲体露出部まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。
【００２０】
さらに、本発明のガスセンサによれば、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面は、釉薬層を形成し、絶縁部がこの釉薬層が形成されたセラミック包囲体に嵌合されるようにしている。このため、釉薬層により平滑化されたセラミック包囲体の外周面にガスセンサキャップの内周面が嵌合することになり、ガスセンサキャップとセラミック包囲体の密着性が向上し、防水性向上が期待できる。
【００２１】
さらに、上記のガスセンサユニットであって、釉薬層の表面粗さＲａが０．４μｍ以下とされるガスセンサユニットとすると良い。
【００２２】
本発明のガスセンサによれば、釉薬層の表面粗さＲａを０．４μｍ以下に設定することで、釉薬層の表面がさらに平滑化され、釉薬層に熱衝撃が加わったときに亀裂や貫通等が起こる危険性を有効に低下させることができる。なお、本発明において、表面粗さＲａは算術平均粗さＲａのことであり、算術平均粗さＲａの値は、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４年）の３「定義された算術平均粗さの定義及び表示」によって表されたものである。
【００２３】
なお、釉薬層の平滑化を有効に図るためには、下地となる包囲体露出部（セラミック包囲体）の表面粗さＲａを１．２μｍ以下（好ましくは１．０μｍ）とすることが好ましく、このような下地に対して、釉薬層の膜厚を１５μｍ〜１００μｍの範囲内とすれば、釉薬層の表面粗さＲａを０．４μｍ以下に形成することができる。さらに、このような膜厚範囲とすれば、主体金具等に対する組み付け性が良好となる。
【００２４】
ところで、セラミック包囲体に後端向きテーパ面を有する径大部を設け、その後端向きテーパ面に対して、パッキンを介しつつ、主体金具の後端を径方向内側に加締めることで、セラミック包囲体を主体金具に保持することがある。このとき、セラミック包囲体の後端向きテーパ面にパッキンによる応力がかかることで、セラミック包囲体にクラックが発生することがある。そこで、このような径大部を有するセラミック包囲体においては、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面だけでなく後端向きテーパ面まで釉薬層を形成することで、セラミック包囲体の強度が増し、クラックの発生を防止することができる。
【００２５】
一方、セラミック包囲体における主体金具の後端より後端側外周面から後端向きテーパ面まで単純に釉薬層を形成した場合、セラミック包囲体の後端向きテーパ面とその後端側に延びるの外表面との境界（以後セラミック包囲体の境界とも言う）は、成形時の釉薬が溜まりやすいため、他の部分よりも厚い釉薬層が形成されやすい。その結果、釉薬層の表面形状によっては、セラミック包囲体に向かうパッキンによる応力が、軸方向よりも径方向へ加重され、セラミック包囲体のクラックが生じやすくなる。そこで、本発明では、後端向きテーパ面とその後端側に延びるセラミック包囲体の外周面との境界における釉薬層の表面形状を１．５ｍｍ以下の曲率半径を有する凹部を有するものとし、この凹部にパッキンを介して主体金具を係合する。これにより、セラミック包囲体に向かうパッキンによる径方向への応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。なお、曲率半径が１．５ｍｍを越えると、上記効果を十分に発揮することができない。
【００２６】
さらに、その他の解決手段は、軸線方向に向かって延び、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、絶縁性セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲み、自身の後端側を主体金具の後端より突出させる形態で当該主体金具に保持されるセラミック包囲体と、を備えるガスセンサの製造方法であって、
前記セラミック包囲体の外周面に対して、釉薬材料を噴霧することで該セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成し、前記釉薬材料層を釉焼して釉薬層を形成するガスセンサの製造方法である。
【００２７】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の後端側の周囲を取り囲むセラミック包囲体を有しており、このセラミック包囲体の外周面に対して、釉薬を噴霧することで、セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成する。これにより、セラミック包囲体の外周面を平滑化させることができ、ガスセンサを使用に供したときに外部に露出する包囲体露出部に、被水による熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。よって、セラミック包囲体に亀裂が生じたり、破損してしまう等の危険性を低減することができ、ガスセンサの出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。
【００２８】
そのうえ、セラミック包囲体の外周面に対して、釉薬を噴霧することで、セラミック包囲体の外周面に釉薬材料層を形成することで、セラミック包囲体の境界における釉薬層の表面形状が曲率半径が１．５ｍｍ以下となる凹部を形成することができる。よって、セラミック包囲体に向かうパッキンの径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体のクラックの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1（ａ）は、本実施形態１のガスセンサ１００の断面図であり、図１（ｂ）は、ガスセンサ１００の部分拡大図である。ガスセンサ１００は、ガス検出素子１２０、外側電極１１１、内側電極１１２、セラミック包囲体１３０、端子部材１５０、ケーシング１６０を有する。
【００３０】
ケーシング１６０は、主体金具１６１及びプロテクタ１６２を有している。主体金具１６１はＳＵＳ４３０からなり、略円筒状に形成されている。この主体金具１６１には、後述するガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅを支持するための内周受け部１６１ｅであって、後端側に向かって拡径するテーパ形状の内周受け部１６１ｅが、内周面から径方向内側に突出する形態で周設されている。また、この主体金具１６１の外側には、ガスセンサ１００を排気管１０（図３参照）に取付けるためのネジ部１６１ｂが形成されており、このネジ部１６１ｂの後端側には、ネジ部１６１ｂを排気管に螺挿するための取付工具をあてがう六角部１６１ｄが周設されている。プロテクタ１６２は、金属製、略円筒状の筒体で、排気管１０内の排気をガスセンサ１００の内部に導入するための通気孔１６２ｂを有している。
【００３１】
ガス検出素子１２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部１２０ｂが閉塞された軸線Ｃ方向に延びる略円筒形状を有している。このガス検出素子１２０の外周には、径方向外向きに突出した鍔部１２０ｅが設けられており、この鍔部１２０ｅの先端面と主体金具１６１の内周受け部１６１ｅの表面との間に金属製のパッキン１４２を介在させた状態で、ガス検出素子１２０は主体金具１６１内に配置されている。なお、ガス検出素子１２０を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ２Ｏ３またはＣａＯを固溶かさせたＺｒＯ２が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用しても良い。さらには、これにＨｆＯ２が含有させていても良い。
また、本実施形態では、ガス検出素子１２０の軸線Ｃ方向の先端部１２０ｂ側を先端側、その反対側を後端側として説明する。なお、その他の形態においても同様とする。
【００３２】
外側電極１１１は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したもので、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂの外側面１２０ｃを被覆するように設けられている。なお、この外側電極１１１は、鍔部１２０ｅの先端面まで設けられており、パッキン１４２を介して主体金具１６１に電気的に接続される。内側電極１１２も、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものであり、ガス検出素子１２０の内側面１２０ｄを被覆するように設けられている。
【００３３】
セラミック包囲体１３０は、絶縁性セラミック（具体的には、アルミナ）からなり、略円筒形状を有している。このセラミック包囲体１３０は、先端側に径方向外側に突出する径大部１３３と、径大部１３３よりも後端側に位置する径小部１３４とを有し、径大部１３３と径小部１３４との間には、軸線C方向後端側に向く後端向きテーパ面１３５が形成されている。なお、本実施例において径小部１３４の厚さは１〜１．４ｍｍで形成している。そして、このセラミック包囲体１３０の径大部１３３は、ガス検出素子１２０の後端側周囲を取り囲む形態で、タルクから形成されたセラミック粉末１４１、リングパッキン１４３と共に、ガス検出素子１２０と主体金具１６１との間に介在している。そして、後端向きテーパ面１３５の後端側には加締めリング１４４が配置され、主体金具１６１の鋼端に位置する加締め部１６１ｃを内側に加締めることにより、加締めリング１４４がセラミック包囲体１３０の後端向きテーパ面１３５に向かって押圧され、セラミック包囲体１３０が主体金具１６１に保持されている。
【００３４】
このセラミック包囲体１３０は、アルミナ等の絶縁性セラミック粉末を、所定の比率で配合し、これを公知のプレス成形や押出し成形により成形することにより、セラミック包囲体１３０の原形となる成形体を作る。なお、場合によっては切削工程にて成形体を切削してもよい。そして、これを焼成することでセラミック包囲体１３０を作製する。なお、本実施形態のセラミック包囲体１３０の表面粗Ｒａは０．８μｍに形成されている。
【００３５】
そして、セラミック包囲体１３０は主体金具１６１の後端より後端側に包囲体露出部１３１を有している。この包囲体露出部１３１は、ガスセンサを使用に供したときに、外部に露出する（図３参照）ようになっている。また、セラミック包囲体１３０の外周面うち、後端向きテーパ面１３５からセラミック包囲体１３０の後端まで釉薬層１３２が形成されている。この釉薬層１３２は、例えば、ＳｉＯ２：７７．５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：１２．１ｗｔ％、ＭｇＯ：３．４ｗｔ％、Ｋ２Ｏ：５．４ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ：１．４ｗｔ％、ＣａＯ：０．１ｗｔ％、Ｆｅ２Ｏ３：０．１ｗｔ％が含有する釉薬を使用している。そして、釉薬層１３２の表面粗さＲａは０．４μｍとなっている。また、釉薬層１３２の膜厚は、２０μｍとなっている。
【００３６】
そして、図１（ｂ）のように、セラミック包囲体１３０の後端向きテーパ面１３５とその後端側のセラミック包囲体１３０の外周面との境界１３６には凹部１３７が形成されている。本実施例では、この凹部の表面形状の曲率半径ｒが、１ｍｍとなっている。このように、凹部の表面形状が１．５ｍｍ以下となる曲率半径を有することで、セラミック包囲体１３０に向かう加締めパッキン１４４による径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体１３０のクラックの発生を抑制することができる。
【００３７】
釉薬層１３２は、次のようにして形成する。
まず、所定形状のセラミック包囲体１３０を成形する。そして、本実施形態では、上記成分を水又は溶媒中に溶かし込んだ釉薬スラリーを噴霧ノズルからセラミック包囲体１３０の表面に噴霧する方法を用い、セラミック包囲体１３０の表面に塗布する。この方法を用いることで、焼成後の釉薬層１３２がセラミック包囲体の外周面を平滑化させることができ、ガスセンサ１００を使用に供したときに外部に露出する包囲体露出部１３１に、被水による熱衝撃の応力の集中を抑制することができる。また、上記方法を用いることで、セラミック包囲体１３０の境界１３６に余分な釉薬が溜まるのを防止できる。その結果、釉薬層１３２の表面形状が１．５ｍｍ以下となる（本実施形態では、１ｍｍ）曲率半径ｒを有する凹部１３７を形成することができ、セラミック包囲体１３０に向かう加締めパッキン１４４による径方向の応力を減らすことができる。なお、上記方法以外にも、上記釉薬スラリーが入った水槽にセラミック包囲体１３０を漬けたりする方法や、上記釉薬スラリーが表面に塗布された回転体にセラミック包囲体１３０を接触させつつ、セラミック包囲体１３０と回転体を逆方向に回転させる方法等があるが、上記方法を用いることでより良い効果を得ることができる。その後、そのセラミック包囲体１３０を焼成することにより、釉薬層１３２を形成する。
【００３８】
端子部材１５０は、例えばインコネル７１８（英インコネル社、商標名）からなり、略筒形状で、出力端子部１５１、素子側端子部１５３、及び両者を連結する連結部１５２を有している。このうち、出力側端子部１５１は、軸線方向に直交する断面が略Ｃ字形状の筒状で、キャップ端子部材２１０のキャップ端子２１１（図２参照）を自身の内側に挿入して接続したときに、弾性的に拡径するように構成されている。さらに、その後端側の周方向３ヶ所には、径方向内側に突出した凸状部１５１ｂが形成されている。
【００３９】
さらに、出力側端子部１５１のうち、凸状部１５１ｂに対応する周方向３ヶ所には、壁面を打ち抜いて径方向内側に折り曲げられた内側屈曲部１５１ｃと、径方向外側に折り曲げられた外側屈曲部１５１ｄとが形成されている。このうち、内側屈曲部１５１ｃは、キャップ端子部材２１０のキャップ端子２１１（図３参照）を出力側端子部１５１の内側に挿入して接続したとき、弾性的に径方向外側に屈曲するように形成されている。また、外側屈曲部１５１ｄは、図１に示すように、セラミック包囲体１３０の段差部１３０ｂの先端面に当接して、出力側端子部１５１の抜け防止の役割を果たしている。
【００４０】
素子側端子部１５３は、軸線方向に直行する断面が略Ｃ字形状の筒形状を有している。この素子側端子部１５３は、図１に示すように、弾性的に縮径しつつガス検出素子１２０内に挿入されて、内側電極１１２と電気的に接続している。従って、ガスセンサ１００では、素子側端子部１５３が、内側電極１１２を内側から径方向外側に向かって押圧しつつ電気的に接続する。
【００４１】
このような、ガスセンサ１００は、次のようにして製造する。
まず、図１に示すように、主体金具１６１とプロテクタ１６２とを一体にしたケーシング１６０を用意する。次いで、外側電極１１１及び内側電極１１２が設けられたガス検出素子１２０をパッキン１４２と共にケーシング１６０の内部に挿入する。次いで、ガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅの後端側にリングパッキン１４３を配置し、セラミック粉末１４１を主体金具１６１とガス検出素子１２０との間隙部分に所定量充填する。次いで、セラミック包囲体１３０をガス検出素子１２０と主体金具１６１との間に介在するように挿入し、先端面をセラミック粉末１４１に当接させる。次いで、セラミック包囲体１３０を先端側に向かって加圧し、その加圧状態下で、主体金具１６１の後端側を加締め、加締め部１６１ｃを形成することで、主体金具１６１の加締め部１６１ｃとセラミック包囲体１３０との間に加締めリング１４４を介在させて、上記構成部品を一体に固定する。
【００４２】
最後に、端子部材１５０をセラミック包囲体１３０及びガス検出素子１２０の内側に挿入する。具体的には、素子側端子部１５３を弾性的に縮径しつつガス検出素子１２０内に挿入して、内側電極１１２と電気的に接続させる。これと共に、出力側端子部１５１をセラミック包囲体１３０の内側に配置しつつ、外側屈曲部１５１ｄをセラミック包囲体１３０の段差部１３０ｂの先端面に当接させる。なお、セラミック包囲体１３０の内周面１３０ｃと出力側端子部１５１の外周面１５１ｅとの間には間隙が設けられている。
このようにして、ガスセンサ１００が完成する。
【００４３】
次に、本実施形態１のガスセンサ１００及びガスセンサキャップ２００からなるガスセンサユニット３００を使用に供したときの様子を図４に示す。このガスセンサユニット３００は、例えば、内燃機関の排気中の酸素濃度を検知するために用いることができる。
【００４４】
まず、ガスセンサキャップ２００について、図面を参照しつつ説明する。図２は、ガスセンサキャップ２００の部分断面図である。ガスセンサキャップ２００は、キャップ端子部材２１０、キャップ端子部材２１０を被覆する絶縁部２２０、及びリード線２３０を有している。
キャップ端子部材２１０は、例えば、ＳＵＳ３１０Ｓからなり、略円筒形状のキャップ端子２１１と、リード線２３０を加締めて接続させる加締め部２１３とを有している。このうち、キャップ端子２１１は、ガスセンサ１００の出力側端子部１５１内に挿入されて接続したときに、自身は変形することなく、出力側端子部１５１を拡径させる剛性を有している。なお、キャップ端子２１１の外形寸法をＦとする。
【００４５】
リード線２３０は、その一端がキャップ端子部材２１０の加締め部２１３に加締められてキャップ端子２１１と電気的に接続している。このため、このリード線２３０を通じて、ガスセンサ１００のガス検出素子１２０からの出力信号を、外部装置（例えば、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵともいう））に送信することが可能となる。
絶縁部２２０は、フッ素系のゴムを用いて中空状に成形してなり、絶縁部２２０には、密着部２２１を有している。さらに絶縁部２２０は、ガスセンサ１００のセラミック包囲体１３０よりも軸線方向長さが短く設定されており、ガスセンサ１００にガスセンサキャップ２００を組み付けたときに、密着部２２１よりも先端側に形成されるガスセンサ１００の包囲体露出部１３１が外部に露出するようになっている。
【００４６】
ガスセンサキャップ２００は、絶縁部２２０内に、キャップ端子部材２１０が密着部２２１と同軸に配置され、キャップ端子部材２１０に接続されたリード線２３０が挿入口２２３から外部に延出する形態で構成されている。
【００４７】
次に、ガスセンサユニット３００を、図３を参照して具体的に説明する。まず、ガスセンサ１００を、プロテクタ１６２を含む先端側が排気管１０内に位置し、主体金具１６１のネジ部１６１ｂより後端側の部分が外部に露出する形態で排気管１０に螺着する。なお、このとき、主体金具１６１と電気的に接続している外側電極１１１が、主体金具１６１を通じてボディーアースされる。次いで、ガスセンサキャップ２００のキャップ端子２１１をガスセンサ１００の出力側端子部１５１の内側に挿入するようにして、ガスセンサキャップ２００をガスセンサ１００に取付ける。
【００４８】
このとき、出力側端子部１５１の内径Ｅがキャップ端子２１１の外径Ｆに比して小さいため、出力側端子部１５１は、凸状部１５１ｂにおいてキャップ端子２１１から径方向外側に力を受け、出力側端子部１５１が弾性的に拡径する。
従って、出力側端子部１５１がキャップ端子２１１を径方向内側に押圧しつつ電気的に接続する。このため、車両等の振動などの影響で、出力側端子部１５１とキャップ端子２１１との間の接続が瞬断し、ノイズを生ずる等の危険性（ガス検出精度低下の危険性）を小さくできる。
【００４９】
さらに、出力側端子部１５１が拡径することで、出力側端子部１５１の外周面１５１ｅとセラミック包囲体１３０の内周面１３０ｃとの間隙が挿入前より小さくなる。具体的には、出力側端子部１５１がセラミック包囲体１３０に包囲された状態の出力側端子部１５１が径方向に揺動し難くなるので、振動の影響による端子部材１５０の連結部１５２における疲労破壊（亀裂、折損等）を抑制することができる。
【００５０】
さらに、セラミック包囲体１３０の包囲体露出部１３１が露出するように、ガスセンサキャップ２００をガスセンサ１００に取付ける。このため、使用に供したとき、ガス検出素子１２０が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサ１００である場合は、ガス検出素子１２０や主体金具１６１の熱がセラミック包囲体１３０に伝わり、包囲体露出部１３１を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。
【００５１】
さらに、包囲体露出部１３１（セラミック包囲体１３０）には釉薬層１３２が形成されている。このため、車両走行中にセラミック包囲体１３０の包囲体露出部１３１が被水した際に、釉薬層１３２が熱衝撃を緩和、吸収し、包囲体露出部１３１まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体１３０に亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサ１００の出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。
【００５２】
さらに、ゴム製の環状の密着部２２１を、セラミック包囲体１３０の釉薬層１３２の形成された外周面１３０ｄの周方向（３６０度）に亘って密着することができる。これにより、ガスセンサ１００とガスセンサキャップ２００との間から、ガスセンサユニット３００の内部への浸水を防止することができる。
なお、ガスセンサユニット３００では、フッ素系ゴムによって絶縁部２２０を形成しているため、絶縁部２２０の耐熱性が良好となり、セラミック包囲体１３０との密着性もさらに良好となる。
【００５３】
また、このようなガスセンサユニット３００では、ガスセンサキャップ２００のリード線２３０を介して外部から基準ガス（外気）を絶縁部２２０内に取り込み、さらに、この基準ガスを端子部材１５０内（通気路Ｔ１）を経由させて、ガス検出素子１２０の内側（筒内）に取り込むことができる。
【００５４】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図４（ａ）は、本実施形態２のガスセンサ４００の断面図であり、図１（ｂ）は、ガスセンサ１００の部分拡大図である。本実施形態２のガスセンサ４００は、実施形態１のガスセンサ１００と比較して、端子部材及びセラミック包囲体の形状が異なり、その他の部分については同様である。
【００５５】
ガスセンサ４００は、実施形態１のガスセンサ１００と同様のガス検出素子１２０、外側電極１１１、内側電極１１２、ケーシング１６０と、実施形態１のガスセンサ１００と異なるセラミック包囲体４３０及び端子部材４５０を有する。
このうち、セラミック包囲体４３０は、実施形態１のセラミック包囲体１３０と同様に、絶縁性セラミックからなり、略円筒形状を有しているが、実施形態１のセラミック包囲体１３０に比して、軸線方向の長さが短くなっている。そして、セラミック包囲体４３０の外周面のうち、径大部４３３に形成された後端向きテーパ面４３５からセラミック包囲体４３０の後端にかけて、実施形態１と同様に釉薬層１３２が形成されている。
【００５６】
そして、図４（ｂ）のように、セラミック包囲体４３０の後端向きテーパ面４３５とその後端側のセラミック包囲体４３０の外周面との境界４３６には凹部４３７が形成されている。本実施例では、この凹部の表面形状の曲率半径ｒが、１ｍｍとなっている。このように、凹部の表面形状が１．５ｍｍ以下となる曲率半径を有することで、セラミック包囲体４３０に向かう加締めパッキン１４４による径方向の応力を減らすことができ、セラミック包囲体４３０クラックの発生を抑制することができる。
【００５７】
端子部材４５０は、図６に示すように、略筒形状で、出力側端子部４５１、素子側端子部４５３、及び両者を連結する連結部４５２を有している。
このうち、出力側端子部４５１は、軸線方向に直交する断面が略Ｃ字形状の筒形状で、キャップ端子部材５１０のキャップ端子５１１（図７参照）の内側に挿入して接続したときに、弾性的に縮径するように構成されている。
【００５８】
さらに、その軸線方向中央部の周方向3ヶ所には、径方向外側に突出した凸状部４５１ｂが形成されている。この凸状部４５１ｂは、セラミック包囲体４３０の後端面４３０ｆに当接して、出力側端子部４５１がセラミック包囲体４３０内に入り込むのを防止する役割を果たしている。（図４参照）。
さらに、出力側端子部４５１の先端側には、打ち抜いて径方向外側に折り曲げられた外側屈曲部４５１ｄが形成されている。この外側屈曲部４５１ｄは、セラミック包囲体４３０の段差部４３０ｂの先端面４３０ｄに当接して、出力側端子部４５１の抜け防止の役割を果たしている。（図４参照）。
【００５９】
素子側端子部４５３は、軸線方向に直交する断面が略Ｃ字形状の筒形状を有している。図５に示すように、弾性的に縮径しつつガス検出素子１２０内に挿入されて、内側電極１１２と電気的に接続している。従って、ガスセンサ４００では、素子側端子部４５３が内側電極１１２を内側から径方向外側に向かって押圧しつつ電気的に接続する。このため、振動等の影響で、両者間の接続が瞬断し、ノイズを生ずる等の危険性を小さくできる。
【００６０】
次に、本実施形態２のガスセンサ４００及びガスセンサキャップ５００からなるガスセンサユニット６００を使用に供したときの様子を図６に示す。このガスセンサユニット６００は、実施形態１と同様に、例えば、内燃機関の排気中の酸素濃度を検知するために用いることができる。
【００６１】
まず、ガスセンサキャップ５００について、図面を参照しつつ説明する。図５は、ガスセンサキャップ５００の部分断面図である。ガスセンサキャップ５００は、キャップ端子部材５１０、キャップ端子部材５１０を被覆する絶縁部５２０、及びリード線２３０を有している。
キャップ端子５１０は、断面略Ｕ字型の有底円筒状のキャップ端子５１１と、リード線２３０を加締めて接続させる加締め部５１３とを有している。
【００６２】
このうち、キャップ端子５１１は、ガスセンサ４００の出力側端子部４５１を自身の内側に挿入させて接続したときに、自身は変形することなく、出力側端子部４５１を縮径させる剛性を有している。なお、キャップ端子５１１は、その軸線方向中央部の周方向３ヶ所に、径方向内側に突出した凸状部５１１ｂが形成されている。ここで、この３つの凸状部５１１ｂに接する仮想円の直径Ｈをキャップ端子５１１の内径とする（図５参照）。
【００６３】
リード線２３０は、実施形態１と同様に、その一端がキャップ端子部材５１０の加締め部５１３に加締められてキャップ端子５１１と電気的に接続している。このため、このリード線２３０を通じて、ガスセンサ４００とガス検出素子１２０からの出力信号を外部装置（例えば、ＥＣＵ）に送信することが可能となる。
絶縁部５２０は、フッ素系のゴムを用いて中空状に成形してなり、絶縁部５２０には、密着部５２１を有している。
【００６４】
次に、ガスセンサユニット３００を具体的に説明する。具体的には、実施形態１と同様にして、ガスセンサ４００を排気管１０に装着する。次いで、ガスセンサ４００の出力側端子部４５１がガスセンサキャップ５００のキャップ端子５１１の内側に挿入されるようにして、ガスセンサキャップ５００をガスセンサ４００に取付ける。
【００６５】
この時、出力側端子部４５１の外径Ｇがキャップ端子５１１の内径Ｈに比して大きいため、出力側端子部４５１は、キャップ端子５１１の凸状部５１１ｂから径方向内側に力を受け、出力側端子部４５１が弾性的に縮径する。
従って、出力側端子部４５１がキャップ端子５１１を径方向外側に押圧しつつ電気的に接続する。このため、車両等の振動などの影響で、出力側端子部４５１とキャップ端子５１１との間の接続が瞬時に、ノイズを生ずる等の危険性（ガス検出精度低下の危険性）を小さくできる。
【００６６】
さらに、ガスセンサキャップ５００の密着部５２１と主体金具１６１との間において、セラミック包囲体４３０の包囲体露出部４３１が露出するように、ガスセンサキャップ５００をガスセンサ４００に取付ける。このため、使用に供したとき、ガス検出素子１２０が加熱される（高温にさらされる）ガスセンサ４００である場合、（例えば、内燃機関の排気管に取り付け、排気中の酸素濃度を検知する場合）は、ガス検出素子１２０や主体金具１６１の熱がセラミック包囲体１３０に伝わり、包囲体露出部４３１を通じて外部に放散されるので、放熱性を良好とすることができる。
【００６７】
さらに、包囲体露出部４３１（セラミック包囲体４３０）には釉薬層１３２が形成されている。このため、車両走行中にセラミック包囲体４３０の包囲体露出部４３１が被水した際に、釉薬層１３２が熱衝撃を緩和、吸収し、包囲体露出部４３１まで衝撃が伝わりにくくなるので、セラミック包囲体４３０に亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性を低減することができる。従って、ガスセンサ４００の出力等に異常が生じたり、故障してしまう危険性を低減することができる。
【００６８】
さらに、ゴム製の環状の密着部５２１を、セラミック包囲体４３０の釉薬層１３２の形成された外周面１３０ｄの周方向（３６０度）に亘って密着することができる。これにより、ガスセンサ４００とガスセンサキャップ５００との間から、ガスセンサユニット１３０の内部への浸水を防止することができる。
【００６９】
また、このようなガスセンサユニット６００においても、実施形態１のガスセンサユニット３００と同様に、ガスセンサキャップ５００のリード線２３０を通して外部から基準ガス（外気）を絶縁部５２０内に取り込み、さらに、この基準ガスを端子部材４５０内（通気路Ｔ２）に経由させて、ガス検出素子１２０の内側に（筒内）に取り込むことができる。
【実施例１】
【００７０】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
図１に示す形状のガスセンサ１００の各種試験品を以下のように用意した。なお、セラミック包囲体１３０の材質としてアルミナセラミックを用いた。そして、セラミック包囲体１３０の外表面に、釉薬層１３２を形成していないガスセンサ１００、セラミック包囲体１３０の外表面に、膜厚が１０μｍの釉薬層１３２を形成したガスセンサ１００、セラミック包囲体１３０の外表面に膜厚が２０μｍの釉薬層１３２を形成したガスセンサ１００をそれぞれ１０個ずつ用意した。
【００７１】
まず、上記ガスセンサ１００のセラミック包囲体１３０の表面粗さＲａを測定した。測定方法は上記に示したＪＩＳＢ：０６０１に準ずる。セラミック包囲体１３０の表面に、釉薬層１３２を形成していない場合、セラミック包囲体１３０の表面粗さＲａが１μｍとなり、セラミック包囲体１３０の表面に、膜厚が１０μｍの釉薬層１３２を形成した場合、セラミック包囲体１３０の表面粗さＲａが０．５μｍとなり、セラミック包囲体１３０の表面に膜厚が２０μｍの釉薬層１３２を形成した場合、セラミック包囲体１３０の表面粗さＲａが０．１５μｍとなった。
【００７２】
そして、上記のガスセンサ１００のネジ部１６１ｂを水槽の底部に設けられたネジ部に螺合し、セラミック包囲体１３０が完全に水槽内に位置するように配置する。そして、ガスセンサ１００の六角部１６１ｄの温度を測温しながら、バーナを用いてガスセンサの水槽から突出した部位（例えば、プロテクタ１６２や主体金具１６１）を加熱する。その後、六角部１６１ｄの温度が４００℃となった時に、水槽内にセラミック包囲体１３０が完全に水没するように注水する。そして、セラミック包囲体１３０を１分間水没させ、その後、排水した。これを１サイクルとし、これを１０サイクル繰り返し、その後のセラミック包囲体１３０に割れが生じているか否かを視認した。
【００７３】
セラミック包囲体１３０の表面に、釉薬層１３２を形成していないガスセンサ１００は、１０個中全てに割れが生じていた。セラミック包囲体１３０の表面に、膜厚が１０μｍの釉薬層１３２を形成したガスセンサ１００は、１０個中２個に割れが生じていた。セラミック包囲体１３０の表面に膜厚が２０μｍの釉薬層１３２を形成したガスセンサ１００は、１０個中全てに割れが生じていなかった。
これにより、セラミック包囲体１３０に釉薬層１３２を設けることで、セラミック包囲体１３０に亀裂等が生じにくくなる。さらには、セラミック包囲体１３０の表面粗さＲａを０．１５μｍとすることで、更にセラミック包囲体１３０に亀裂等が生じにくくなる。
【００７４】
以上において、本発明を実施形態１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態１、２のガスセンサ１００、４００では、セラミック包囲体１３０、４３０の主体金具１６１の後端より後端側に、釉薬層１３２を設けたが、これに限定されることはなく、例えば、包囲体露出部１３１、４３１のみに釉薬層１３２を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施形態１にかかるガスセンサ１００の部分断面図。
【図２】実施形態１にかかるガスセンサキャップ２００の部分断面図。
【図３】実施形態１にかかるガスセンサユニット３００を使用に供したときの様子を示す説明図。
【図４】実施形態２にかかるガスセンサ４００の部分断面図。
【図５】実施形態２にかかるガスセンサキャップ５００の部分断面図。
【図６】実施形態２にかかるガスセンサユニット６００を使用に供したときの様子を示す説明図。
【符号の説明】
【００７６】
１００、４００    ガスセンサ
１１２            内側電極
１２０            ガス検出素子
１３０、４３０    セラミック包囲体
１３１、４３１    包囲体露出部
１３２            釉薬層
１５０、４５０    端子部材
１５１、４５１    出力側端子部
１５３、４５３    素子側端子部
２００、５００    ガスセンサキャップ
２１０、５１０    キャップ端子部材
２１１、５１１    キャップ端子（外部端子）
２２０、５２０    絶縁部
２２１、５２１    密着部
２３０            リード線
３００、６００    ガスセンサユニット
【図１】
2005201888.tif 000003
【図２】
2005201888.tif 000004
【図３】
2005201888.tif 000005
【図４】
2005201888.tif 000006
【図５】
2005201888.tif 000007
【図６】
2005201888.tif 000008