(57)【要約】【課題】外部から異物が衝突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を提供し、さらには、放熱性が良好となるガスセンサを提供する。【解決手段】本発明のガスセンサ１００は、ガス検出素子１２０、セラミックからなる筒状でガス検出素子１２０の周囲を取り囲む包囲体１３０、及びガス検出素子１２０及び包囲体１３０の周囲を取り囲む主体金具１６１を有する。包囲体１３０は、ガスセンサ１００を使用に供したとき、主体金具１６１の後端より後端側でガス検出素子１２０を外部に露出させない形態を有し、且つ主体金具１６１の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部１３１を有している。この包囲体露出部１３１は、その外周面全体に分布する複数の凸状部１３２を有している。この凸状部１３２の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされている。【選択図】  図２
2005024396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる有底筒状のガス検出素子であって、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後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
を備えるガスセンサであって、
上記ガス検出素子は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する素子露出部を有し、
上記素子露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、
上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなる
ガスセンサ。
【請求項２】
先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、
セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む包囲体と、
上記ガス検出素子の後端側及び上記包囲体の後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子及び上記包囲体の周囲を取り囲む主体金具と、
を備えるガスセンサであって、
上記包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で上記ガス検出素子を外部に露出させない形態を有し、且つ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、
上記包囲体露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、
上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなる
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、
前記凸状部は、
上記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、
隣り合う上記仮想切断面同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）がいずれも３Ｈ（ｍｍ）以下となるように配置されてなる
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、
上記突出高さＨ（ｍｍ）と上記仮想切断面の最小寸法Ｗ（ｍｍ）とが、Ｈ／Ｗ≧１の関係を満たす
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記凸状部の少なくともいずれかは、前記ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に延びる細長凸形状を有する
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【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）
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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部分は、金属製の筒体で被覆されていた。これは、車両走行中に外部から飛んできた小石等の異物によってガスセンサが損傷しないようにするためであり、特に、ガス検出素子やセラミックセパレータなどのセラミック部分を保護するために設けられていた。ところが、外部に突出する部分全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。特に、ガスセンサの内部への浸水を防止するために金属製の筒体に嵌め込まれているゴム製のグロメットが、排気熱によって早期に劣化してしまい、ガスセンサの内部への浸水を防止できなくなる虞があった。
【０００５】
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、金属製の筒体を通じてゴム製のグロメットに排気熱が伝わらないようにすることで、グロメットの熱劣化の防止を図っている。ところが、金属製の筒体の間隙部分からセラミックの筒体が外部に露出しているため、車両走行中に小石等の異物がこの露出部分に衝突することがあると、セラミックの筒体の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空い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内部に水滴が浸入し、あるいは異物が侵入して、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。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外部から異物が衝突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を提供し、さらには、放熱性が良好となるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、セラミックからなる有底筒状のガス検出素子であって、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後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、を備えるガスセンサであって、上記ガス検出素子は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で外部に露出する素子露出部を有し、上記素子露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなるガスセンサである。
【０００８】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる有底筒状のガス検出素子を有しており、このガス検出素子は、ガスセンサを使用に供したとき、主体金具の後端より後端側で外部に露出する素子露出部を有している。この素子露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、この凸状部の突出高さＨはいずれも０．１ｍｍ以上とされている。このため、外部から異物がセラミックの素子露出部に衝突する際、異物が素子露出部のうち凸状部に衝突する場合が出てくる。すると、異物の衝撃力で、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する。これによって、衝撃力が緩和・吸収され、衝撃が素子露出部の内部（ガス検出素子の内側）まで伝わり難くなるので、素子露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、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、素子露出部のうち凸状部またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサの内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【０００９】
なお、異物としては、例えば、外部から飛んでくる小石等やガスセンサの取付工具等が挙げられる。
また、凸状部の形状としては、例えば、略半球形状、略円錐形状、略円柱形状、略四角柱形状、略平板形状等が挙げられる。また、これらの凸状部の分布形態としては、素子露出部の外面全体に点在する形態が挙げられる。あるいは、凸状部の突出方向に直交する方向（ガス検出素子の外周面に沿う方向）に延びる細長形状の凸状部が、平行に配列された形態（例えば、複数の凸状部がそれぞれガス検出素子の軸線方向に延びる形態）としても良い。また、これらの凸状部は、素子露出部の外周面全体に規則的に分布している場合、不規則に分布している場合のいずれの場合でも、上述の効果を得ることができる。
【００１０】
また、素子露出部としては、ガス検出素子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、ガス検出素子のうち主体金具の後端より突出する後端側の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、ガス検出素子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ガス検出素子の後端部を被覆することで、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被覆されていない部分が外部に露出する形態が挙げられる。
【００１１】
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（例えば、内燃機関の排気管に取付け、排気中の酸素濃度を検知する場合）は、ガス検出素子や主体金具の熱が、ガス検出素子の素子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。さらに、凸状部によって素子露出部の表面積が大きくなるので、素子露出部はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、素子露出部自身の温度が比較的低温となることで、素子露出部が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、素子露出部が破損してしまう危険性を低減できる。
【００１２】
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と、セラミックからなる筒状で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む包囲体と、上記ガス検出素子の後端側及び上記包囲体の後端側を自身の後端より突出させる形態で、上記ガス検出素子及び上記包囲体の周囲を取り囲む主体金具と、を備えるガスセンサであって、上記包囲体は、上記ガスセンサを使用に供したとき、上記主体金具の後端より後端側で上記ガス検出素子を外部に露出させない形態を有し、且つ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、上記包囲体露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有し、上記凸状部の突出高さＨ（ｍｍ）は、いずれも０．１ｍｍ以上とされてなるガスセンサである。
【００１３】
本発明のガスセンサは、セラミックからなる筒状で、ガス検出素子の周囲を取り囲む包囲体を有しており、この包囲体は、ガスセンサを使用に供したとき、主体金具の後端より後端側でガス検出素子を外部に露出させない形態を有している。このため、外部からの異物の衝突に対し、ガス検出素子を包囲体によって保護することができる。
【００１４】
さらに、この包囲体は、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、この包囲体露出部は、その外周面全体に分布する複数の凸状部を有している。そして、この凸状部の突出高さＨはいずれも０．１ｍｍ以上とされている。このため、外部から異物がセラミックの包囲体露出部に衝突する際、異物が包囲体露出部のうち凸状部に衝突する場合が出てくる。すると、異物の衝撃力で、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する。これによって、衝撃力が緩和・吸収され、衝撃が包囲体露出部の内部（包囲体の内側）まで伝わり難くなるので、包囲体露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、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、包囲体露出部のうち凸状部またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサの内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００１５】
なお、ガス検出素子は、いずれの形状でも良く、例えば、有底筒状や板状のものが挙げられる。
また、異物としては、例えば、外部から飛んでくる小石等やガスセンサの取付工具等が挙げられる。
また、凸状部の形状としては、例えば、略半球形状、略円錐形状、略円柱形状、略四角柱形状、略平板形状等が挙げられる。また、これらの凸状部の分布形態としては、包囲体露出部の外面全体に点在する形態が挙げられる。あるいは、凸状部の突出方向に直交する方向（包囲体の外周面に沿う方向）に延びる細長形状の凸状部が、平行に配列された形態（例えば、複数の凸状部がそれぞれ包囲体の軸線方向に延びる形態）としても良い。また、これらの凸状部は、包囲体露出部の外周面全体に規則的に分布している場合、不規則に分布している場合のいずれの場合でも、上述の効果を得ることができる。
【００１６】
また、包囲体露出部としては、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、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、包囲体（ひいてはガス検出素子）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包囲体の後端部を被覆することで、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被覆されていない部分が外部に露出する形態が挙げられる。
【００１７】
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（例えば、内燃機関の排気管に取付け、排気中の酸素濃度を検知する場合）は、ガス検出素子や主体金具の熱が包囲体に伝わり、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。さらに、凸状部によって包囲体露出部の表面積が大きくなるので、包囲体露出部はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、包囲体露出部自身の温度が比較的低温となることで、包囲体露出部が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、包囲体露出部が破損してしまう危険性を低減できる。
【００１８】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部は、上記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、隣り合う上記仮想切断面同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）がいずれも３Ｈ（ｍｍ）以下となるように配置されてなるガスセンサとすると良い。
【００１９】
本発明のガスセンサでは、凸状部を突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、隣り合う仮想切断面同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）がいずれも３Ｈ（ｍｍ）以下となる。このように凸状部を配置することで、異物（小石や取付工具等）が、セラミックの素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突する際、素子露出部あるいは包囲体露出部のうち凸状部に衝突する可能性を高くできる。このため、異物の衝撃力が大きい場合でも、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する可能性を高くできる。
【００２０】
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、上述のように凸状部を配置することで、より一層、素子露出部あるいは包囲体露出部の表面積が大きくなるので、素子露出部あるいは包囲体露出部は外気によってさらに冷却され易くなる。このため、ガスセンサの放熱性がさらに良好となり、また素子露出部あるいは包囲体露出部が熱衝撃で損傷してしまう危険性もさらに低減できる。
なお、最小間隙Ｌは、隣り合う仮想切断面の最短距離であり、素子露出部あるいは包囲体露出部の外周面に沿う方向の距離とは限らない。例えば、素子露出部あるいは包囲体露出部が円筒状である場合は、円筒状の外周面に沿う距離ではなく、直線距離が最小間隙Ｌとなる。
【００２１】
さらに、上記のガスセンサであって、前記最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、いずれも２Ｈ（ｍｍ）以下であるガスセンサとすると好ましい。
このように凸状部を配置することで、異物（小石や取付工具等）がセラミックの素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突する際、素子露出部あるいは包囲体露出部のうち凸状部に衝突する可能性を極めて高くできる。このため、異物の衝撃力が大きい場合でも、先に、この凸状部に亀裂が生じたり、この凸状部またはその一部が破損する可能性を極めて高くできる。
【００２２】
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、上記のように凸状部を配置することで、素子露出部あるいは包囲体露出部は外気によってさらに冷却され易くなる。このため、ガスセンサの放熱性がさらに良好となり、また熱衝撃をさらに緩和することができる。
【００２３】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部を前記突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、上記突出高さＨ（ｍｍ）と上記仮想切断面の最小寸法Ｗ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｗ≧１の関係を満たすガスセンサとすると良い。
【００２４】
本発明のガスセンサでは、凸状部を突出高さＨ（ｍｍ）の１／２の位置で切断した仮想切断面を想定したとき、突出高さＨ（ｍｍ）と仮想切断面の最小寸法Ｗ（ｍｍ）とは、Ｈ／Ｗ≧１の関係を満たす。このような形状の凸状部は、異物（小石や取付工具等）が衝突したときに破損し易くなる。このため、異物の衝撃力を緩和・吸収し、衝撃が素子露出部あるいは包囲体露出部の内部まで伝わり難くなるので、素子露出部あるいは包囲体露出部の内周面にまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまう等の危険性をより一層低減することができる。
なお、仮想切断面の最小寸法Ｗは、例えば、円錐形の凸状部の場合では、仮想切断面に相当する円の直径となる。矩形柱状の凸状部の場合では、仮想切断面に相当する長方形の短辺の長さとなる。
【００２５】
さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記凸状部の少なくともいずれかは、前記ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に延びる細長凸形状を有するガスセンサとすると良い。
【００２６】
本発明のガスセンサでは、凸状部の少なくともいずれかは、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に延びる細長凸形状である。このような形状の凸状部は、素子露出部あるいは包囲体露出部の補強リブにもなる。このため、素子露出部あるいは包囲体露出部は、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に働く曲げ応力に対し強固となる。具体的には、例えば、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に飛んできた小石等が素子露出部あるいは包囲体露出部に衝突した場合でも、素子露出部あるいは包囲体露出部が破損する危険性は低減される。あるいは、作業者がガスセンサを取付ける際、取付工具等を素子露出部あるいは包囲体露出部に当ててしまったり、ガス検出素子あるいは包囲体の軸線方向に直交する方向に負荷をかけてしまった場合でも同様である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施の形態であるガスセンサ１００について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本実施形態１のガスセンサ１００の断面図である。ガスセンサ１００は、ガス検出素子１２０、外側電極１１１、内側電極１１２、ケーシング１６０、包囲体１３０、リード線１７０、樹脂キャップ１９０、パッキン１８１等を有する。
【００２８】
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の貫通孔１６１ｅ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段部１６１ｄが、後端側向き拡径状のテーパをなす形態で周設されている。また、この主体金具の外周には、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を複数有している。
【００２９】
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が閉塞された略円筒形状を有している。このガス検出素子１２０は、その軸線方向略中央部に径方向外向きに突出した鍔部１２０ｅを有し、この鍔部１２０ｅの先端面と主体金具１６１の内周段部１６１ｄの表面との間に金属製のパッキン１８１を介在させた状態でケーシング１６０内に固設されている。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が含有されていても良い。
また、本実施形態では、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂ側をガスセンサ１００の先端側、その反対側をガスセンサの後端側とし、また、その他の形態においても同様とする。
【００３０】
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の外側面１２０ｃから鍔部１２０ｅの先端面を被覆するように設けられている。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。
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。この包囲体１３０は、ガス検出素子１２０の周囲を取り囲むように配置され、自身の先端側がタルクから形成されたセラミック粉末１４１と共に、ガス検出素子１２０と主体金具１６１との間に介在するように固設されている。
【００３１】
リード線１７０は、内側電極１１２と接続するＳＵＳ３０４製の端子金具１５０に接続されている。これにより、内側電極１１２がリード線１７０と電気的に接続され、内側電極の出力信号が外部装置（例えば、ＥＣＵ）に送信される。なお、外側電極１１１は、主体金具１６１とパッキン１８１を介して電気的に接続しており、主体金具１６１を排気管１０（図３参照）に取付けることによりボディアースされる。
樹脂キャップ１９０は、略円筒状の樹脂体（具体的には、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で構成）で、リード線１７０を挿通させる貫通孔１９１を有している。この樹脂キャップ１９０は、リード線１７０の周囲に密着しつつ、包囲体１３０からガスセンサの後端側に突出するように設けられている。
【００３２】
ここで、本実施形態のガスセンサ１００を内燃機関の排気管１０に取付けて、使用に供したときの様子を図３に示す。ガスセンサ１００は、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に螺着される。
図３に示すように、ガスセンサ１００を排気管１０に取付けたとき、包囲体１３０によってガス検出素子１２０が外部に露出しない形態となっている。このため、例えば、車両走行中に跳ねた小石１１がガスセンサ１００に衝突した場合でも、包囲体１３０によってガス検出素子１２０を保護することができる。
【００３３】
一方、包囲体１３０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分は外部に露出している（この露出部分を包囲体露出部１３１とする）。つまり、包囲体１３０は、主体金具１６１の後端より後端側で外部に露出する包囲体露出部１３１を有している。この包囲体１３０はセラミック製のため、小石１１等の異物の衝突に対し強固ではない。仮に、車両走行中に跳ねた小石１１が包囲体露出部１３１に衝突し、包囲体露出部１３１の内周面１３１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、貫通孔が空いてしまった場合には、その損傷部分からガスセンサ１００の内部に水滴が浸入し、あるいは異物が侵入して、ガスセンサ１００の出力等に異常が生じ、ひいては故障してしまう虞がある。
【００３４】
これに対し、本実施形態のガスセンサ１００では、包囲体露出部１３１には、図２に示すように、その外周面全体に分布する複数の凸状部１３２が形成されている。この凸状部１３２は、図２（ａ）に拡大して示すように、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。このため、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２に衝突した場合、小石１１の衝撃力で、先に、凸状部１３２に亀裂Ｋが生じたり、凸状部１３２またはその一部が破損する可能性がある。
【００３５】
さらに、図２（ａ）に拡大して示すように、凸状部１３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面１３２ｄを想定したとき（本実施形態１では長方形となる）、隣り合う仮想切断面１３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面１３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部１３２の突出高さＨと同等になっている。
【００３６】
このように、最小間隙Ｌがいずれも３Ｈ以下（本実施形態ではＬ＝Ｈ）となるように凸状部１３２を配置することで、異物（小石１１や取付工具等）が包囲体露出部１３１に衝突する際、包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２に衝突する可能性を高くすることができる。特に、本実施形態１では、最小間隙Ｌをいずれも２Ｈ以下としているので、異物が包囲体露出部１３１に衝突する際、凸状部１３２に衝突する可能性が極めて高くなる。
【００３７】
さらに、図２（ａ）に拡大して示すように、仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗ（本実施形態１では、長方形の短辺の長さに相当する）は、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部１３２の突出高さＨと仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。凸状部１３２を、このような関係を満たす形状とすることで、異物（小石１１や取付工具等）が凸状部１３２に衝突したとき、凸状部１３２またはその一部が破損し易くなる。
【００３８】
このため、例えば、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１に衝突した場合には、凸状部１３２またはその一部が破損（例えば、凸状部１３２に亀裂Ｋが生じる）することで、小石１１の衝撃力が緩和・吸収される。これによって、衝撃が包囲体露出部１３１の内部まで伝わり難くなるので、包囲体露出部１３１の内周面１３１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、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、包囲体露出部１３１のうち凸状部１３２またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサ１００の内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００３９】
さらに、凸状部１３２は、図２（ｂ）に示すように、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に延びる細長凸形状である。このような形状の凸状部１３２は、包囲体露出部１３１の補強リブにもなる。このため、包囲体露出部１３１は、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に働く曲げ応力に対し強固となる。具体的には、例えば、図３に示すように、小石１１が包囲体露出部１３１に衝突し、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に曲げ応力が働いた場合でも、包囲体１３０が破損する危険性を低減することができる。あるいは、作業者がガスセンサ１００を取付ける際、取付工具等を包囲体露出部１３１に当ててしまったり、包囲体１３０の軸線Ｃ方向に直交する方向に負荷をかけてしまった場合でも、包囲体１３０が破損する危険性を低減することができる。
なお、このような形状の凸状部１３２は、例えば、包囲体１３０を焼成する前段階において、ラバープレス等の手法によって成形することができる。
【００４０】
ところで、ガスセンサ１００は、使用に供したとき、排気熱によってガス検出素子１２０や主体金具１６１が加熱される。ところが、ガスセンサ１００は、セラミック製の包囲体露出部１３１を有している（セラミック製の包囲体１３０の一部を外部に露出させている）ので、ガス検出素子１２０等の熱は、包囲体１３０に伝わった後、包囲体露出部１３１を通じて外部に放散される。従って、ガスセンサ１００は、セラミック製の包囲体露出部１３１を設ける（包囲体１３０の一部を外部に露出させる）ことで、放熱性を良好とすることができる。
【００４１】
さらに、凸状部１３２によって包囲体露出部１３１の表面積が大きくなるので、包囲体露出部１３１はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、包囲体露出部１３１自身の温度が比較的低温となることで、包囲体露出部１３１が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、包囲体露出部１３１が破損してしまう危険性を低減できる。
【００４２】
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とを溶接により一体にしたケーシング１６０を用意する。次いで、ケーシング１６０のうち主体金具１６１の内周段部１６１ｄ上にパッキン１８１を載置し、ガス検出素子１２０をケーシング１６０の後端側から内部に挿入する。このとき、ガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅが、パッキン１８１を挟んで主体金具１６１の内周段部１６１ｄに当接する。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１８５を載置し、セラミック粉末１４１を主体金具１６１とガス検出素子１２０との間の環状の間隙部分に所定量充填する。
一方、リード線１７０を用意し、包囲体１３０及び樹脂キャップ１９０を、先端側からこの順でリード線１７０に挿通させる。次いで、このリード線１７０の先端部に端子金具１５０を加締めて取付ける。
【００４３】
次いで、上記のようにリード線１７０、包囲体１３０、樹脂キャップ１９０、及び端子金具１５０を一体にしたものをケーシング１６０に固定する。具体的には、端子金具１５０をガス検出素子１２０内に挿入（圧入）し、さらに包囲体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、且つセラミック粉末１４１を先端側に向かって圧縮充填するようにして挿入する。次いで、主体金具１６１の加締め部１６１ｃと包囲体１３０との間に加締めリング１８３を介在させ、加締め部１６１ｃを加締めることで、上記構成部品が一体に固定され、ガスセンサ１００が完成する。
このガスセンサ１００は、例えば、図３に示すように、内燃機関の排気管１０に取付けられて、排気中の酸素濃度を検知するために用いられる。
【００４４】
次に、実施形態１にかかるガスセンサ１００の３つの変形形態について説明する。変形形態１〜３にかかるガスセンサ３００〜５００は、いずれも実施形態１のガスセンサ１００と比較して、凸状部の形状が異なり、その他の部分については同様である。従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００４５】
（変形形態１）
変形形態１のガスセンサ３００では、図４に示すように、正四角柱状の凸状部３３２が、包囲体露出部３３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部３３２は、図４（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部３３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面３３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面３３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面３３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部３３２の突出高さＨと同等になっている。
【００４６】
さらに、仮想切断面３３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態１では、正方形の１辺の長さに相当する）は、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、凸状部１３２の突出高さＨと仮想切断面１３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部３３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部３３１に衝突した場合には、凸状部３３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ３００の放熱性を良好とすることができる。
【００４７】
（変形形態２）
変形形態２のガスセンサ４００では、図５に示すように、略円錐状の凸状部４３２が、包囲体露出部４３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部４３２は、図５（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部４３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面４３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面４３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面４３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部４３２の突出高さＨと同等になっている。
【００４８】
さらに、仮想切断面４３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態２では、円の直径に相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部４３２の突出高さＨと仮想切断面４３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部４３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部４３１に衝突した場合には、凸状部４３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ４００の放熱性を良好とすることができる。
【００４９】
（変形形態３）
変形形態３のガスセンサ５００では、図６に示すように、矩形円環状の凸状部５３２が、包囲体露出部５３１の外周面全体に分布して形成されている。この凸状部５３２は、図６（ａ）に拡大して示すように、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部５３２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面５３２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面５３２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面５３２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部５３２の突出高さＨと同等になっている。
【００５０】
さらに、仮想切断面５３２ｄの最小寸法Ｗ（本変形形態３では、円環の幅寸法に相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部５３２の突出高さＨと仮想切断面５３２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
このような形状の凸状部５３２を設けることで、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、小石１１等が包囲体露出部５３１に衝突した場合には、凸状部５３２またはその一部が破損することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる（図３参照）。さらに、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、ガスセンサ５００の放熱性を良好とすることができる。
【００５１】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態であるガスセンサ２００について、図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態２にかかるガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と比較して、ガス検出素子及び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。従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００５２】
図７は本実施形態２のガスセンサ２００の断面図である。図７に示すように、本実施形態２のガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と異なるガス検出素子２２０、包囲体２３０、及び樹脂キャップ２９０を有しており、その他は実施形態１のガスセンサ１００と同様である。
包囲体２３０は、実施形態１の包囲体１３０と異なり、ガスセンサ２００の後端側外部に露出することなく、主体金具１６１内に配置されている。
【００５３】
ここで、本実施形態２のガスセンサ２００を内燃機関の排気管１０に取付けて、使用に供したときの様子を図９に示す。
排気管１０に取付けたとき、実施形態１のガスセンサ１００では、包囲体露出部１３１が外部に露出したが、本実施形態２のガスセンサ２００では、ガス検出素子２２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後方側の部分が外部に露出する（この露出部分を素子露出部２２１とする）。つまり、ガス検出素子１２１は、主体金具１６１の後端より後端側で外部に露出する素子露出部２２１を有している。
【００５４】
この素子露出部２２１には、図８に示すように、その外周面全体に分布する複数の凸状部２２２が形成されている。この凸状部２２２は、図８（ａ）に拡大して示すように、突出高さＨがいずれも０．２ｍｍとなっている。
さらに、凸状部２２２を高さＨ／２（具体的には０．１ｍｍ）で切断した仮想切断面２２２ｄを想定したとき、隣り合う仮想切断面２２２ｄ同士の最小間隙Ｌ（ｍｍ）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．２ｍｍとなっている。従って、隣り合う仮想切断面２２２ｄ同士の最小間隙Ｌは、いずれも凸状部２２２の突出高さＨと同等になっている。
【００５５】
このように、最小間隙Ｌがいずれも３Ｈ以下となるように凸状部２２２を配置することで、異物（小石１１や取付工具等）が素子露出部２２１に衝突する際、素子露出部２２１のうち凸状部２２２に衝突する可能性を高くすることができる。特に、本実施形態２では、最小間隙Ｌをいずれも２Ｈ以下としているので、異物が素子露出部２２１に衝突する際、凸状部２２２に衝突する可能性が極めて高くなる。
【００５６】
さらに、仮想切断面２２２ｄの最小寸法Ｗ（本実施形態２では、長方形の短辺の長さに相当する）は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、いずれも０．１５ｍｍとなっている。従って、凸状部２２２の突出高さＨと仮想切断面２２２ｄの最小寸法Ｗとは、Ｈ／Ｗ＝１．３３≧１の関係を満たしている。
【００５７】
素子露出部２２１に、このような形状の凸状部２２２を設けることで、図９に示すように、小石１１等が素子露出部２２１に衝突した場合には、凸状部２２２またはその一部が破損（例えば、凸状部２２２に亀裂Ｋが生じる）することで、小石１１等の衝撃力を緩和・吸収することができる。これによって、衝撃が素子露出部２２１の内部まで伝わり難くなるので、素子露出部２２１（ガス検出素子２２０）の内周面２２１ｃにまで延びる亀裂が生じたり、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、素子露出部２２１のうち凸状部２２２またはその一部が破損することで、逆に、ガスセンサ２００の内部にまで水滴が浸入し、あるいは異物が侵入する危険性を低減できる。
【００５８】
ところで、本実施形態２のガスセンサ２００は、実施形態１のガスセンサ１００と同様に、使用に供したとき、排気熱によってガス検出素子２２０や主体金具１６１が加熱される。これに対し、ガスセンサ２００は、セラミック製の素子露出部２２１を有している（セラミック製のガス検出素子２２０の一部を外部に露出させている）ので、ガス検出素子２２０等の熱は、素子露出部２２１を通じて外部に放散される。従って、ガスセンサ１００は、セラミック製の素子露出部２２１を設ける（ガス検出素子２２０の一部を外部に露出させる）ことで、放熱性を良好とすることができる。
【００５９】
さらに、凸状部２２２によって素子露出部２２１の表面積が大きくなるので、素子露出部２２１はより一層外気によって冷却され易くなり、放熱性がさらに良好となる。さらには、素子露出部２２１自身の温度が比較的低温となることで、素子露出部２２１が水滴で急冷された場合でも、生じる熱衝撃の度合いは比較的小さくなるので、素子露出部２２１（ガス検出素子２２０）が破損してしまう危険性を低減できる。
【００６０】
以上において、本発明を実施形態１，２及び変形形態１〜３に即して説明したが、本発明は上記実施形態等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、変形形態１〜３では、凸状部を正四角柱形状、略円錐形状、あるいは円環凸形状としたガスセンサ３００〜５００を例示した。しかし、これらの形状に限らず、例えば、略半球形状、略円柱形状等いずれの形状としても良い。
【００６１】
また、実施形態等のガスセンサ１００〜５００では、同一形状の凸状部１３２，２２２，３３２，４３２，５３２をそれぞれ配置したが、異なる形状の複数種の凸状部を配置するようにしても良い。例えば、実施形態１で設けた細長凸形状の凸状部１３２と変形形態１で設けた正四角柱形状の凸状部３３２とを、包囲体の周方向に交互に配置するようにしても良い。
また、実施形態等では、凸状部１３２，３３２，４３２，５３２，２２２を、包囲体露出部１３１，３３１，４３１，５３１、素子露出部２２１の外周面全体に、間隙Ｗを一定の値として規則的に分布させた。しかし、間隙Ｗは一定である必要はなく、包囲体露出部あるいは素子露出部の外周面全体に凸状部を不規則に分布させても良い。
【００６２】
また、実施形態２のガスセンサ２００では、ガス検出素子２２０の素子露出部２２１に設けた凸状部２２２の形状を、ガス検出素子２２０の軸線Ｃ方向に延びる細長凸形状とした。しかし、このような形状に限定されるものではなく、変形形態１〜３のガスセンサ３００〜５００のような、正四角柱形状、略円錐形状、円環凸形状、あるいは、半球形状、略円柱形状等いずれの形状としても良い。
また、実施形態等のガスセンサ１００〜５００のガス検出素子１２０，２２０を加熱するために、ヒータを設けるようにしても良い。
また、実施形態１及び変形形態１〜３のガスセンサ１００，３００，４００，５００では、筒状のガス検出素子１２０を用いたが、板状のガス検出素子としても良い。
【００６３】
また、実施形態１では、包囲体１３０内を挿通させる形態で、樹脂キャップ１９０を設けるようにした（図１参照）。従って、包囲体１３０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の全体が、包囲体露出部１３１となっていた。しかし、包囲体１３０の後端部を被覆する形態で、樹脂キャップを設けるようにしても良い。この場合は、主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の一部（樹脂キャップに被覆されていない部分）が包囲体露出部となる。
一方、実施形態２では、ガスセンサ素子２２０の後端部を被覆する形態で、樹脂キャップ２９０を設けるようにした（図７参照）。従って、ガス検出素子１２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の一部（樹脂キャップに被覆されていない部分）が、素子露出部２２１となっていた。しかし、ガス検出素子１２０内に挿入する形態で、樹脂キャップを設けるようにしても良い。この場合は、ガス検出素子１２０のうち主体金具１６１の後端より突出する後端側の部分の全体が、素子露出部となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかるガスセンサ１００の断面図である。
【図２】実施形態１にかかる包囲体１３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部１３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】実施形態１にかかるガスセンサ１００を使用に供したときの様子を示す説明図図である。
【図４】変形形態１にかかる包囲体３３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部３３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】変形形態２にかかる包囲体４３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部４３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】変形形態３にかかる包囲体５３０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部５３２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】実施形態２にかかるガスセンサ２００の断面図である。
【図８】実施形態２にかかるガス検出素子２２０を示す図であり、（ａ）はその上面図及び凸状部２２２の拡大図、（ｂ）はその側面図である。
【図９】実施形態２にかかるガスセンサ２００を使用に供したときの様子を示す説明図図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００  ガスセンサ
１２０，２２０  ガス検出素子
１３１，３３１，４３１，５３１  包囲体露出部
１３２，２２２，３３２，４３２，５３２  凸状部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０  包囲体
１３２ｄ，２２２ｄ，３３２ｄ，４３２ｄ，５３２ｄ  仮想切断面
２２１  素子露出部
Ｈ  凸状部の突出高さ
Ｌ  隣り合う仮想切断面同士の最小間隙
Ｗ  仮想切断面の最小寸法
Ｃ  ガス検出素子及び包囲体の軸線
【図１】
2005024396.tif 000003
【図２】
2005024396.tif 000004
【図３】
2005024396.tif 000005
【図４】
2005024396.tif 000006
【図５】
2005024396.tif 000007
【図６】
2005024396.tif 000008
【図７】
2005024396.tif 000009
【図８】
2005024396.tif 000010
【図９】
2005024396.tif 000011