(57)【要約】【課題】ガスセンサに異物が侵入し難く、かつセンサキャップを組み付けた状態でセンサ側出力端子とキャップ端子との接触信頼性を高めたガスセンサユニットを提供する。【解決手段】ガス検出素子２２と、軸孔２３ｈを有する天井部２３ｂが後端部に形成されている筒状のケーシング２３，２５と、軸孔を挿通する筒状部３５ｂを有するセンサ側出力端子３５と、を備えたガスセンサ２１；及びセンサキャップ７００；を備えたガスセンサユニット６００であって、センサ側出力端子は、筒状部から径方向に突出し天井部の先端向き面２３ｂｘと対向するフランジ部３５ａと、筒状部の内側を遮蔽する遮蔽部３５ｅとを含み、ケーシングの内部に配置され、フランジ部を天井部に対して付勢する弾性体３８を有し、センサキャップをガスセンサに取り付けない状態では、センサキャップをガスセンサに取り付けた状態に比べ、弾性体によってフランジ部と天井部とが近接する。【選択図】図６
2012149958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に向かって延びて先端部が被測定ガスに晒され、自身の後端が開口するコップ状のガス検出素子と、
前記ガス検出素子を保持すると共に、軸孔を有する天井部が自身の後端部に形成されている筒状のケーシングと、
前記軸孔を介して前記ケーシングの内外を挿通する筒状部を有し、前記ガス検出素子のセンサ出力を電気的に取り出すセンサ側出力端子と、を備えたガスセンサ；及び
前記ガスセンサの後端側に取り付けられるキャップ本体と、前記キャップ本体の内部空間に配置されて前記センサ側出力端子と電気的に接続されるキャップ端子と、前記キャップ本体に形成されて前記内部空間に外気を導入する通気部とを有するセンサキャップ；を備えたガスセンサユニットであって、
前記センサ側出力端子は、前記筒状部から径方向に突出し前記天井部の先端向き面と対向する対向面を有する環状のフランジ部と、前記筒状部の内側を遮蔽する遮蔽部とを含み、
前記ケーシングの内部に配置され、前記フランジ部の対向面を前記天井部の先端向き面に対して付勢するように弾性変形可能な弾性体を有し、
前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態では、前記弾性体によって前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面とが近接し、
前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けた状態では、前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面との間が前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態よりも離間するガスセンサユニット。
【請求項２】
前記ケーシングの内面と前記フランジ部との間に隙間が形成されている請求項１記載のガスセンサユニット。
【請求項３】
前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態では、前記弾性体によって前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面とが接している請求項１又は２記載のガスセンサユニット。
【請求項４】
前記弾性体は、前記センサ側出力端子とは別体であって、前記センサ側出力端子と前記ガス検出素子との間に介装されている請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサユニット。
【請求項５】
前記弾性体は、前記センサ側出力端子と一体である請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサユニット。
【請求項６】
前記軸孔の側面は後端側に向かって狭まり、前記筒状部の側面は後端側に向かって狭まり、
前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態で、前記軸孔の側面と前記筒状部の側面との少なくとも一部が接している請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサユニット。
【請求項７】
軸線方向に向かって延びて先端部が被測定ガスに晒され、自身の後端が開口するコップ状のガス検出素子と、
前記ガス検出素子を保持すると共に、軸孔を有する天井部が自身の後端部に形成されている筒状のケーシングと、
前記ガス検出素子のセンサ出力を電気的に取り出すセンサ側出力端子と、を備えたガスセンサであって、
前記センサ側出力端子は、前記筒状部から径方向に突出し前記天井部の先端向き面と対向する対向面を有する環状のフランジ部と、前記筒状部の内側を遮蔽する遮蔽部とを含み、
前記ケーシングの内部に配置され、前記フランジ部の対向面を前記天井部の先端向き面に対して付勢するように弾性変形可能な弾性体を有するガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出素子を有するガスセンサと、これに装着されガスセンサの出力を外部に伝えるセンサキャップとを組み合わせたガスセンサユニット、及びそれに用いるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、酸素イオン導電性を有する固体電解質体からなるガス検出素子を有するものが挙げられる。ガスセンサは、内燃機関の排気管やエンジンヘッド等の取付け対象体に取付けられ、ガス検出素子先端側に配された１対の電極にて排気ガス中の特定ガス（例えば酸素）の濃度を検知する。
【０００３】
一般に、このようなガスセンサにおいては、ガス検出素子が検出ガス濃度に応じた電圧又は電流を出力し、この出力はガス検出素子に接続されたリード線から外部に取り出される。
そこで、ガス検出素子（酸素検出素子）の基端側をテーパ面とし、このテーパ面に電気端子部を設けて酸素検出素子の出力を取り出す一方、酸素検出素子の後端を覆う保護カバー内に接触子を設け、電気端子部に接触させた技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、接触子に接続されたリード線が保護カバーの外側に引き出されて酸素検出素子の出力を取り出すと共に、保護カバー内のコイルスプリングによって接触子が先端側に押圧され、電気端子部と接触子との接触信頼性を向上させている。
又、ガス検出素子の後端に電極端子とセラミック製のセパレータとを配し、さらに外部に引き出されるリード線が接続された端子部をセパレータ内に挿通し、電極端子と接続させる技術が開示されている（特許文献２参照）。この技術では、ガス検出素子を保持する主体金具とセパレータとの間にコイルバネを介装することで、セパレータを衝撃から保護して破損を防止している。
【０００４】
又、有底筒状のガス検出素子の後端開口に筒状のセンサ側出力端子を挿入し、さらにセンサ側出力端子をセラミック包囲体で包囲してガスセンサを構成し、ガスセンサの後端に着脱可能にセンサキャップを取り付けたガスセンサユニットが知られている（特許文献３参照）。このガスセンサユニットは、センサキャップ内のキャップ端子をガスセンサ側のセンサ側出力端子に挿入して両者を電気的に接続し、キャップ端子に接続されたリード線をセンサキャップの外側に引き出してガス検出素子の出力を取り出している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２６０７３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１９４７６４号公報
【特許文献３】特開２００９−６３３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した特許文献３記載のガスセンサユニットの場合、ガスセンサ（ガス検出素子）の後端が開口しているため、センサキャップを組み付ける前の状態では、上記開口からガス検出素子内に埃等の異物が侵入し易く、ガスセンサの動作不良やキャップ端子との電気的接触不良が生じるおそれがある。又、センサ側出力端子とキャップ端子がいずれも筒状であり、センサ側出力端子にキャップ端子を挿入して電気的接触を確保している。このため、キャップ端子の軸心がセンサ側出力端子の軸心とずれた状態で挿入されると、本来の接触圧力が得られ難く、両者の電気的接触が十分とならない場合がある。
一方、特許文献３記載のガスセンサユニットにおいて、ガスセンサを密閉構造にした場合、ガスセンサ製造時にガスセンサ内部に残存した水分等がガスセンサ使用時に気化し、センサの出力に影響を与えることがある。このため、ガスセンサを密閉構造にすることはできない。
そこで、本発明は、自身の後端が開口するガス検出素子を備えたガスセンサとセンサキャップとを組み合わせたガスセンサユニットにおいて、センサキャップを組み付けない状態でガスセンサに異物が侵入し難く、かつセンサキャップを組み付けた状態で外部とガスセンサ内部との通気をも確保しつつ、センサ側出力端子とキャップ端子との接触信頼性を高めたガスセンサユニット、及びそれに用いるガスセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサユニットは、軸線方向に向かって延びて先端部が被測定ガスに晒され、自身の後端が開口するコップ状のガス検出素子と、前記ガス検出素子を保持すると共に、軸孔を有する天井部が自身の後端部に形成されている筒状のケーシングと、前記軸孔を介して前記ケーシングの内外を挿通する筒状部を有し、前記ガス検出素子のセンサ出力を電気的に取り出すセンサ側出力端子と、を備えたガスセンサ；及び前記ガスセンサの後端側に取り付けられるキャップ本体と、前記キャップ本体の内部空間に配置されて前記センサ側出力端子と電気的に接続されるキャップ端子と、前記キャップ本体に形成されて前記内部空間に外気を導入する通気部とを有するセンサキャップ；を備えたガスセンサユニットであって、前記センサ側出力端子は、前記筒状部から径方向に突出し前記天井部の先端向き面と対向する対向面を有する環状のフランジ部と、前記筒状部の内側を遮蔽する遮蔽部とを含み、前記ケーシングの内部に配置され、前記フランジ部の対向面を前記天井部の先端向き面に対して付勢するように弾性変形可能な弾性体を有し、前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態では、前記弾性体によって前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面とが近接し、前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けた状態では、前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面との間が前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態よりも離間する。
【０００８】
このようなガスセンサユニットによれば、センサキャップをカバーに取り付けた状態で、キャップ端子で押圧されたセンサ側出力端子が反発力によってキャップ端子側に付勢されるので、センサ側出力端子とキャップ端子とが電気的に確実に接続され、両者の接触信頼性を高めることができる。
【０００９】
前記ケーシングの内面と前記フランジ部との間に隙間が形成されていてもよい。
このようなガスセンサユニットによれば、センサキャップをカバーに取り付けた状態では、貫通孔と突部との間に隙間が形成され、カバーの内面とフランジ部との間にそれぞれ隙間が形成されている。そして、これら隙間を通って、ガスセンサ内部とセンサキャップの内部空間とが連通し、センサキャップの通気部を介して外部とガスセンサ内部との通気を確保することができる。
【００１０】
前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態では、前記弾性体によって前記フランジ部の対向面と前記天井部の先端向き面とが接していてもよい。
このようなガスセンサユニットによれば、貫通孔からガスセンサ内に異物が侵入することをさらに有効に防止できる。
【００１１】
前記弾性体は、前記センサ側出力端子とは別体であって前記センサ側出力端子と前記ガス検出素子との間に介装されていてもよいし、前記センサ側出力端子と一体であってもよい（センサ側出力端子の一部を形成していてもよい）。
このようなガスセンサユニットによれば、ガスセンサ側からセンサキャップに向かってセンサ側出力端子を容易に付勢することができる。
【００１２】
前記軸孔の側面は後端側に向かって狭まり、前記筒状部の側面は後端側に向かって狭まり、前記センサキャップを前記ガスセンサに取り付けない状態で、前記軸孔の側面と前記筒状部の側面との少なくとも一部が接していてもよい。
このようなガスセンサユニットによれば、貫通孔と突部の間からガスセンサ内に異物が侵入することをさらに有効に防止できる。
【００１３】
本発明のガスセンサは、軸線方向に向かって延びて先端部が被測定ガスに晒され、自身の後端が開口するコップ状のガス検出素子と、前記ガス検出素子を保持すると共に、軸孔を有する天井部が自身の後端部に形成されている筒状のケーシングと、前記ガス検出素子のセンサ出力を電気的に取り出すセンサ側出力端子と、を備え、前記センサ側出力端子は、前記筒状部から径方向に突出し前記天井部の先端向き面と対向する対向面を有する環状のフランジ部と、前記筒状部の内側を遮蔽する遮蔽部とを含み、前記ケーシングの内部に配置され、前記フランジ部の対向面を前記天井部の先端向き面に対して付勢するように弾性変形可能な弾性体を有する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、センサキャップを組み付けない状態でガスセンサに異物が侵入し難く、かつセンサキャップを組み付けた状態で外部とガスセンサ内部との通気をも確保しつつ、センサ側出力端子とキャップ端子との接触信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるガスセンサユニットが有するガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図２】カバーを取り付ける前後のガス検出素子後端近傍の斜視図である。
【図３】センサキャップの軸線方向に沿う断面図である。
【図４】バネ部品の平面図である。
【図５】センサキャップの斜視図である。
【図６】ガスセンサにセンサキャップを装着してなるガスセンサユニットの軸線方向に沿う断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかるガスセンサユニットが有するガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかるガスセンサユニットが有するガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかるガスセンサユニットが有するガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかるガスセンサユニットが有するガスセンサ２１の軸線Ｏ方向に沿う断面図である。ガスセンサ２１は排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサであり、ヒータを有さず、エンジンヘッドに取り付けられて排気ガスからの受熱で活性温度まで昇温させられて使用される。
ガスセンサ２１は、ガス検出素子２２、カバー２３、端子部材２４、主体金具２５、センサ側出力端子３５、弾性体（コイルスプリング）３８及びプロテクタ４０を備える。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、センサキャップの取り付けられる側を後端側とし、この逆側を先端側として説明する。
【００１７】
ガス検出素子２２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２２ａが閉塞されつつ後端に開口２２ｈを有する有底であり、軸線Ｏ方向に延びる円筒状を有している。又、ガス検出素子２２の軸線Ｏ方向のほぼ中央に鍔状の突出部２２ｂが径方向外側に向かって形成され、突出部２２ｂの先端向き面は先端に向かって縮径するテーパ形状になっている。そのため、ガス検出素子の形状を、有底筒状又はコップ状と称する。
このガス検出素子２２の先端部２２ａには、外周面に外側電極２８が形成されている。この外側電極２８は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。この外側電極２８は、突出部２２ｂの先端側面まで設けられており、後述するように主体金具２５の内周受け部２５ａに、プロテクタ４０の後端縁を介して電気的に接続される。このため外側電極２８の電位は、主体金具２５から取り出すことができる。つまり、外側電極２８は主体金具に対して電気的にアース（接地）した状態とされている。一方、ガス検出素子２２の内周面にも、内側電極２９が形成されている。この内側電極２９も、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。
ガス検出素子２２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。
【００１８】
主体金具２５は金属（具体的には、ＳＵＳ４３０，Ｓ１７Ｃ，Ｓ２５Ｃ等）からなり、円筒状に形成されている。この主体金具２５には、ガス検出素子２２の突出部２２ｂを支持するための内周受け部２５ａであって、先端側（図１中、下方）に向かって縮径するテーパ形状の内周受け部２５ａ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２５の外側には、ガスセンサ２１を排気管（取付け対象体）に取付けるためのネジ部２５ｂが形成されており、このネジ部２５ｂの後端側（図１中、上方）には、ネジ部２５ｂを排気管に螺挿するための取付工具を係合させる鍔部（六角部）２５ｃが周設されている。鍔部２５ｃは、主体金具２５の他の外面より径方向外側に突出している。鍔部２５ｃの先端向き面には、ガスセンサ２１を排気管に取付けた際のシールを行うための環状のガスケット２７が嵌められている。
さらに、この主体金具２５の鍔部２５ｃより後端の外側面には、後述するセンサキャップ７００を固定するための溝部２５ｅが周方向に連続して設けられている。
【００１９】
主体金具２５の内側には、後述するガス検出素子２２の先端部２２ａを覆う円筒状のプロテクタ４０の後端側が収容され、プロテクタ４０の先端側は主体金具２５の先端より突出している。又、プロテクタ４０の後端縁４０ｆは径方向外側にテーパ状に拡径し、このテーパ部４０ｆをガス検出素子２２の突出部２２ｂの先端側面と、主体金具２５の内周受け部２５ａとで挟持させた状態でプロテクタ４０が固定されるようになっている。
プロテクタ４０は、金属製の有底筒体で、排気管内の排気をガスセンサ２１の内部に導入するための通気孔４０ａを先端（有底部）側に複数有している。そして、主体金具２５の先端より突出したガス検出素子２２の先端部２２ａは、プロテクタ４０に取り囲まれつつ、通気孔４０ａを介して排気ガス（被測定ガス）に晒されて被測定ガス中の特定ガスの濃度を検知する。
【００２０】
ガス検出素子２２後端の開口２２ｈには、軸線Ｏに直交する断面が略Ｃ字形状の筒状の端子部材２４が挿入されている。又、端子部材２４の後端には、軸線Ｏに直交しつつ径方向外側に向かう花びら状に形成された止め部２４ａが設けられている（図２参照）。そして、止め部２４ａがガス検出素子２２の後端面２２ｅに当接するまで端子部材２４を押しこむことで、端子部材２４が内側電極２９に電気的に接続されつつ、ガス検出素子２２に固定される。端子部材２４を筒状に成形しているので、後述するセンサキャップ７００の内部空間７５２ｈ（図３、図５参照）に取り込まれた基準ガス（外気）を、ガス検出素子２２の内側（内側電極２９）まで導入することができる。
端子部材２４は、例えばインコネル（英インコネル社、商標名）からなり、所定形状の単一の金属板を用いて、プレス加工によって一体成形で形成することができる。このため、形成容易で、低コストである。
【００２１】
カバー２３は、絶縁性セラミック（具体的には、アルミナ等）からなり、自身の天井部２３ｂに軸孔２３ｈを有する円筒状に形成されている。このカバー２３は、そのうちの肉厚とされた先端側部分２３ａが、ガス検出素子２２のうち、突出部２２ｂよりも後端側の部分の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３０と共に、ガス検出素子２２と主体金具２５との間に介在するように保持されている。
なお、カバー２３と主体金具２５とを合わせたものが特許請求の範囲の「ケーシング」に相当する。又、本実施形態では、カバー２３と主体金具２５とが別体であるが、カバー２３と主体金具２５とを一体成型してケーシングを形成してもよい。
【００２２】
カバー２３の内側には、センサ側出力端子３５が収容されている。センサ側出力端子３５は、軸孔２３ｈより大径のフランジ部３５ａと、軸孔２３ｈより小径でフランジ部３５ａの後端に延びる円筒状の筒状部３５ｂと、筒状部３５ｂの後端に設けられた導電性で半球状の遮蔽部３５ｅとを有し、全体としてハット状に形成されている。フランジ部３５ａは筒状部３５ｂより径方向に突出している。又、遮蔽部３５ｅは筒状部３５ｂの後端を閉じ、後端から見てガスセンサ内部が目視できない（つまり、後述するように後端からガスセンサ内部に異物が侵入し難い）ようになっている。
なお、第１の実施形態では、センサ側出力端子３５は、金属板を用いたプレス加工によって一体成形で形成され、全体が導電性を有している。
【００２３】
ここで、センサ側出力端子３５において、フランジ部３５ａがカバー２３の内側に収容されてガス検出素子２２の開口２２ｈを覆いつつ、軸孔２３ｈの内側に筒状部３５ｂが配置されている。そして、ガス検出素子２２後端の止め部２４ａとフランジ部３５ａとの間には、軸線方向Ｏに伸縮するコイルスプリング（特許請求の範囲の「弾性体」に相当）３８が配置され、センサ側出力端子３５がコイルスプリング３８の弾性力によって後端側に付勢されている。この弾性力により、センサ側出力端子３５が軸線方向Ｏに進退可能である。そして、センサキャップ７００をカバー２３に取り付けない状態では、フランジ部３５ａの後端向き面（特許請求の範囲の「対向面」に相当、図６参照）３５ａｘが天井部２３ｂの先端向き面２３ｂｘ（図６参照）に対向して接しつつ、遮蔽部３５ｅがカバー２３の天井部２３ｂ（の後端向き面）より軸線方向Ｏに突出高さｈ１で後端側に突出している。
なお、センサキャップ７００をカバー２３に取り付けない状態で、フランジ部３５ａの対向面３５ａｘは天井部２３ｂの先端向き面２３ｂｘに必ずしも接している必要はなく、異物が侵入しない程度に対向面３５ａｘと先端向き面２３ｂｘとが近接しつつ、両者の間に隙間が生じていてもよい。
【００２４】
コイルスプリング３８は、フランジ部３５ａ及び止め部２４ａに接触し、内側電極２９から遮蔽部３５ｅへの電気的接続が実現されている。これにより、センサ側出力端子３５は、ガス検出素子２２のセンサ出力を電気的に取り出すことができる。
そして、カバー２３の内側に収容されたフランジ部３５ａがガス検出素子２２の開口２２ｈを覆っているため、ガスセンサ（ガス検出素子２２）後端の開口２２ｈに埃等の異物が侵入し難く、ガスセンサの動作不良やキャップ端子との電気的接触不良を防止することができる。ここで、フランジ部３５ａの径は開口２２ｈの内径より大きいことが好ましいが、フランジ部３５ａの径が開口２２ｈの内径より小さくても差し支えない。これは、フランジ部３５ａの径が軸孔２３ｈより大径であるため、軸孔２３ｈから異物が侵入し難く、結果としてカバー２３内のガス検出素子２２後にも異物が侵入し難いからである。
【００２５】
なお、第１の実施形態では、センサ側出力端子３５は、金属板を用いたプレス加工によって一体成形で形成されているが、例えば、遮蔽部３５ｅを金属製とし、筒状部３５ｂ及びフランジ部３５ａを樹脂からインサート成形して遮蔽部３５ｅと一体化してもよい（図８参照）。
又、第１の実施形態では、カバー２３全体が絶縁材料から形成されているが、本発明においてはカバー２３とセンサ側出力端子３５とが導通せずに絶縁が図られていればよい。例えば、遮蔽部３５ｅ及び筒状部３５ｂが導電性の場合、カバー２３のうち遮蔽部３５ｅ及び筒状部３５ｂと接する部分（軸孔２３ｈの周縁）を絶縁材料から形成し、カバー２３の他の部分を金属製としてもよい。
【００２６】
図２は、カバー２３を取り付ける前のガス検出素子２２後端近傍の斜視図である。カバー２３を取り付ける前後の状態では、ガス検出素子２２後端の開口２２ｈに端子部材２４が挿入され、端子部材２４の後端の止め部２４ａがガス検出素子２２後端の後端面２２ｅに当接するまで端子部材２４が開口２２ｈに挿入されている（図２（ａ））。
そして、主体金具２５の加締め部２５ｄの内側にカバー２３を挿入し、後述するようにして加締めることで、カバー２３が取り付けられる（図２（ｂ））。
なお、図２（ａ）の状態は主体金具２５へカバー２３が挿入される前であるため、本来は加締め部２５ｄは形成されておらず主体金具２５の後端はストレートになっているはずであるが、説明のため敢えて加締め部２５ｄを形成後の図で説明する。
【００２７】
このようなガスセンサ２１は、次のようにして製造することができる。まず、図１に示すように、主体金具２５の後端側からプロテクタ４０を主体金具２５内に挿入し、主体金具２５の内側にプロテクタ４０のテーパ部４０ｆを係止させる。次いで、外側電極２８及び内側電極２９が設けられたガス検出素子２２をプロテクタ４０の内部に挿入すると、プロテクタ４０のテーパ部４０ｆの後端向き面に、ガス検出素子２１の突出部２２ｂの先端側面（先端向き面）が当接する。この状態で、セラミック粉末３０を主体金具２５とガス検出素子２２との間隙部分に所定量充填する。さらに、端子部材２４をガス検出素子２２の内側に挿入した後、止め部２４ａにコイルスプリング３８を載置し、コイルスプリング３８の後端にセンサ側出力端子３５を載置する。
次いで、カバー２３を先端側部分２３ａがガス検出素子２２と主体金具２５との間に介在するよう、かつ軸孔２３ｈの内側に筒状部３５ｂが位置するように挿入し、セラミック粉末３０に当接させる。次いで、カバー２３を先端側に向かって加圧し、その加圧状態下で、主体金具２５の加締め部２５ｄとカバー２３との間に加締めリング３２を介在させて加締め部２５ｄを加締める。このようにして、上記構成部品を一体に固定する。
【００２８】
次に、図３〜図５を参照してセンサキャップ７００について説明する。図３は、センサキャップ７００の軸線方向Ｏに沿う断面図であり、図４は、バネ部品７５７の平面図である。又、図５は、センサキャップ７００の斜視図である。センサキャップ７００は、キャップ端子７５１、このキャップ端子７５１を被覆し保持する上部被覆部材７５２ａ、上部被覆部材７５２ａと接続される下部被覆部材７５２ｂ、リード線７５３、フィルタ部材（特許請求の範囲の「通気部」に相当）７５４、シール材（Ｏリング）７５５、略Ｃ字状のバネ部品７５７、及びリード線シール部７５９を備えている。上部被覆部材７５２ａと下部被覆部材７５２ｂとが特許請求の範囲の「キャップ本体」に相当する。
【００２９】
キャップ端子７５１（図３及び図５参照）は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ等）からなり、略矩形の平板状をなし、自身の基端部にリード線７５３が加締め固定されている。リード線７５３は、芯線のほか、被覆材を有している。リード線７５３を通じて、ガスセンサ２１のガス検出素子２２の内側電極２９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（ＥＣＵ））に送信することが可能となる。
上部被覆部材７５２ａ及び下部被覆部材７５２ｂは樹脂を成形してなり、それぞれ略円筒状になっている。上部被覆部材７５２ａ及び下部被覆部材７５２ｂは樹脂の他、ゴム、セラミックを用いて形成してもよい。
【００３０】
上部被覆部材７５２ａは先端側が開口しつつ後端面を有し、カバー２３を収容する内部空間７５２ｈを有している。上部被覆部材７５２ａの先端縁の内面は環状に凹み、ここにＯリング７５５が配置されている。又、上部被覆部材７５２ａの先端側の一側面は径方向に突出してリード線包囲部７５３ｐを形成している。リード線包囲部７５３ｐには径方向に延びる挿通孔７５３ｈが開口し、挿通孔７５３ｈは内部空間７５２ｈに連通している。そして、挿通孔７５３ｈからリード線７５３付きのキャップ端子７５１を挿入してキャップ端子７５１の先端向き面が内部空間７５２ｈに臨むように配置する。また、リード線シール部７５９を挿通孔７５３ｈの内部に配置して挿通孔７５３ｈをシールしている。
このようにして、内部空間７５２ｈにキャップ端子７５１の先端向き面が露出し、センサ側出力端子３５の遮蔽部３５ｅに接するようになっている（図６参照）。
【００３１】
一方、リード線包囲部７５３ｐと径方向反対側の部分が径方向に突出してフィルタ包囲部７５４ｐを形成している。フィルタ包囲部７５４ｐには径方向に延びる挿通孔７５４ｈが開口し、挿通孔７５４ｈは小孔を介して内部空間７５２ｈに連通している。そして、挿通孔７５４ｈを塞ぐようにフィルタ部材７５４が配置されている。フィルタ部材７５４は、微細気孔が連続する連続多孔質構造のＰＴＦＥからなり、挿通孔７５４ｈ内壁の環状突出部（図示せず）をフィルタ部材７５４の外周面に密着させて、フィルタ部材７５４を保持している。
なお、フィルタ部材７５４は、液体（水）は透過しないが、空気及び水蒸気を透過し、内部空間７５２ｈに外気を導入する。
【００３２】
下部被覆部材７５２ｂは、先端側が周囲より拡径する裾部７５２ｆを有する円筒状をなし、円筒部の内側が上部被覆部材７５２ａと同径の内部空間７５２ｈとなっている。この裾部７５２ｆには、径方向に対向する２箇所にバネ部品取付け孔７５２ｅがスリット状に開口すると共に、バネ部品取付け孔７５２ｅに周方向に沿うようにして、裾部７５２ｆの外周部分に溝が形成されている。
そして、図４に示す略Ｃ字状のバネ部品（線バネ）７５７を、裾部７５２ｆの外周溝に嵌合する。バネ部品７５７は径方向に対向する２箇所の位置で縮径される縮径部７５７ｓを有し、縮径部７５７ｓの間隔（直径）Ｄ１は内部空間７５２ｈの直径より小さい。従って、縮径部７５７ｓの位置をバネ部品取付け孔７５２ｅに合わせると、縮径部７５７ｓがバネ部品取付け孔７５２ｅから内部空間７５２ｈ側へ突出するようになっている（図５参照）。
【００３３】
以上述べた上部被覆部材７５２ａと下部被覆部材７５２ｂとを軸線方向Ｏに同心に重ね、下部被覆部材７５２ｂの爪部７５２ｘを上部被覆部材７５２ａの側孔（図示せず）に係止することにより、上部被覆部材７５２ａと下部被覆部材７５２ｂとを一体に接続し、センサキャップ７００が完成する。
【００３４】
そして、図６に示すように、センサキャップ７００の内部空間７５２ｈ（図５参照）に、ガスセンサ２１（の後端のカバー２３（図２（ｂ）参照））を収容すると、主体金具２５の側面でバネ部品７５７の縮径部７５７ｓを拡径しつつ、センサキャップ７００内にカバー２３が挿入される。そして、センサキャップ７００の裾部７５２ｆの先端が主体金具２５の鍔部２５ｃ後端に当接すると同時に、縮径部７５７ｓの軸線方向Ｏの位置が主体金具２５の溝部２５ｅの位置に一致し、弾性力で縮径部７５７ｓが元の間隔Ｄ１に縮径して溝部２５ｅに嵌入することで、位置決めがされる。これにより、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定され、ガスセンサユニット６００が構成される。
又、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定された状態（特許請求の範囲の「センサキャップをガスセンサに取り付けた状態」に相当）では、カバー２３の外面にＯリング７５５の内面が密着し、センサキャップ７００の内部空間７５２ｈ内をシールしている。
【００３５】
ここで、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定された状態では、カバー２３の天井部２３ｂとキャップ端子７５１との軸線方向Ｏの距離ｈ２が突出高さｈ１より小さい。このため、遮蔽部３５ｅ（センサ側出力端子３５）がキャップ端子７５１の先端向き面に押圧され、遮蔽部３５ｅが突出高さｈ１より軸線方向Ｏに先端側（カバー２３の天井部２３ｂの後端向き面と距離ｈ２となる高さ）に位置する。
このとき、コイルスプリング３８が軸線方向Ｏに圧縮され、その反発力によって遮蔽部３５ｅがキャップ端子７５１側に付勢されるので、遮蔽部３５ｅとキャップ端子７５１とが電気的に確実に接続される。
なお、本発明においては、キャップ端子７５１の先端向き面で遮蔽部３５ｅ（センサ側出力端子３５）を押圧するため、センサキャップ７００をガスセンサ２１に固定することが必須となる。但し、この場合の固定方法（固定具）は特に限定されず、公知のあらゆる固定方法（固定具）を用いることができる。例えば、センサキャップ７００とガスセンサ２１との一方に係合爪を設け、他方にこの爪を収容するスリットを設け、スリットに係合爪を嵌めるようにしてもよい。
【００３６】
さらに、この実施形態において、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定された状態では、軸孔２３ｈと筒状部３５ｂとの間に隙間Ｇ１が形成され、カバー２３の内面（天井部２３ｂ及び側面）とフランジ部３５ａとの間にそれぞれ隙間Ｇ２、Ｇ３が形成されている。そして、これら隙間Ｇ１〜Ｇ３を通って、ガスセンサ２１内部とセンサキャップ７００の内部空間７５２ｈとが連通し、センサキャップ７００のフィルタ部材７５４を介して外部とガスセンサ２１内部との通気を確保することができる。
なお、第１の実施形態では、軸孔２３ｈの側壁と筒状部３５ｂの側壁がいずれも垂直であるため、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定されない状態（図１に示す遮蔽部３５ｅが突出高さｈ１で突出した状態、特許請求の範囲の「センサキャップをガスセンサに取り付けない状態」に相当）においても隙間Ｇ１が形成されている。しかしながら、後述する第２の実施形態（図７参照）のように、図１に示す状態では隙間Ｇ１が形成されずに軸孔２３ｈと筒状部３５ｂとの少なくとも一部が接し、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定された状態で隙間Ｇ１が形成されるようにしてもよい。
なお、隙間Ｇ１、Ｇ３は必須ではなく、隙間Ｇ１、Ｇ３のうち少なくとも一方が形成されなくてもよい。又、上記したコイルスプリング３８に付勢力が生じて遮蔽部３５ｅがキャップ端子７５１側に付勢されるよう、センサキャップ７００をガスセンサ２１に取り付けた状態で、フランジ部３５ａの対向面３５ａｘと天井部２３ｂの先端向き面２３ｂｘとの間が、センサキャップ７００をガスセンサ２１に取り付けない状態よりも離間していれば足りる。
【００３７】
又、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定されない状態においても隙間Ｇ２、Ｇ３が形成されるようにしてもよい。例えば、第１の実施形態では、フランジ部３５ａの径がカバー２３の内側面の内径よりも小さいため、隙間Ｇ３が常時形成されている。一方、第１の実施形態では、カバー２３の天井部２３ｂ（の先端向き面２３ｂｘ）と、フランジ部３５ａの対向面３５ａｘとがいずれも平坦であるため、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定されない状態では、フランジ部３５ａの対向面３５ａｘがカバー２３の天井部２３ｂ（の先端向き面２３ｂｘ）に接している（図１参照）。このようにすると、軸孔２３ｈからガスセンサ２１内に異物が侵入することをさらに有効に防止できる。特に、フランジ部３５ａの対向面３５ａｘとカバー２３の天井部２３ｂ（の先端向き面２３ｂｘ）とが面接触すると最も好ましい。
【００３８】
次に、図７を参照し、本発明の第２の実施形態にかかるガスセンサユニットについて説明する。但し、第２の実施形態にかかるガスセンサユニットは、ガスセンサ１２１が有するカバー１２３、及びセンサ側出力端子１３５の構成が異なること以外は、第１の実施形態と同様であるので、ガスセンサ１２１の後端部のみを軸線Ｏ方向に沿う部分断面図として示す。
センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定されない状態でのガスセンサ１２１の後端部の構成を図７（ａ）に示す。ガスセンサ１２１において、カバー１２３の軸孔の側面１２３ｓは後端側に向かって狭まるテーパ状に形成されている。又、筒状部１３５ｂの側面も後端側に向かって狭まるテーパ状に形成されている。但し、軸孔の側面１２３ｓのテーパ角よりも、筒状部１３５ｂの側面のテーパ角の方が小さく、軸孔の側面１２３ｓと筒状部１３５ｂの側面とは、後端側の１箇所で接している。
又、フランジ部１３５ａの径がカバー１２３の内側面の内径とほぼ同一のため、フランジ部１３５ａがカバー１２３の内側面に密着し、両者の間に隙間（図６の隙間Ｇ３に相当するもの）は形成されない。
【００３９】
このように、軸孔の側面１２３ｓと筒状部１３５ｂの側面とをテーパ状に形成すると、センサキャップ７００がガスセンサ２１に固定されない状態では、軸孔の側面１２３ｓと筒状部１３５ｂの側面との少なくとも一部が接するため、カバー１２３の軸孔からガスセンサ２１内に異物が侵入することをさらに有効に防止できる。
なお、軸孔の側面１２３ｓのテーパ角と、筒状部１３５ｂの側面のテーパ角とを同一にすると、両者が面で接するので好ましいが、これら側面の作製精度を高くする必要があるので、軸孔の側面１２３ｓのテーパ角よりも筒状部１３５ｂの側面のテーパ角の方が小さくなるようにする方が製造は容易である。又、軸孔の側面１２３ｓを垂直にし、筒状部１３５ｂの側面のみをテーパ状に形成してもよい。
又、フランジ部１３５ａをカバー１２３の内側面に密着させることで、フランジ部１３５ａがカバー１２３内で径方向にぶれることがなく、センサ側出力端子１３５を軸線方向Ｏに安定して進退させることができる。
【００４０】
一方、センサキャップ７００（図示せず）がガスセンサ１２１に固定されると、図７（ｂ）に示すように、遮蔽部１３５ｅ（センサ側出力端子１３５）がキャップ端子７５１（図示せず）の先端向き面に押し下げられ、軸線方向Ｏの先端側に移動する。
このとき、筒状部１３５ｂの側面が後端側に向かって狭まるテーパ状になっているため、軸孔の側面１２３ｓと筒状部１３５ｂの側面との間に隙間Ｇ１が形成される。又、フランジ部１３５ａも押し下げられ、カバー１２３の天井部１２３ｂとの間に隙間Ｇ２が形成される。さらに、フランジ部１３５ａの周方向に複数個の空気孔１３５ｈが開口しているため、フランジ部１３５ａが押し下げられてカバーの天井部１２３ｂとの間に隙間Ｇ２が形成されると、空気孔１３５ｈを通って隙間Ｇ３が形成される。
以上のようにして、第２の実施形態においても、これら隙間Ｇ１〜Ｇ３を通ってガスセンサ１２１内部の通気を確保することができる。
【００４１】
次に、図８を参照し、本発明の第３の実施形態にかかるガスセンサユニットについて説明する。但し、第３の実施形態にかかるガスセンサユニットは、ガスセンサ２２１が有するカバー２２３、センサ側出力端子３３５、及び弾性体２３８の構成が異なること以外は、第１の実施形態と同様であるので、ガスセンサ２２１の後端部のみを軸線Ｏ方向に沿う部分断面図として示す。なお、図８は、センサキャップ７００がガスセンサ２２１に固定されない状態でのガスセンサ２２１の後端部の構成を示す。
ガスセンサ２２１において、カバー２２３は金属をプレス加工して形成されている。又、弾性体として、第１の実施形態のコイルスプリング３８に代え、円筒状のゴム２３８が配置されている。さらに、センサ側出力端子３３５は、金属製半球状の遮蔽部２３５ｅに、筒状部２３５ｂ及びフランジ部２３５ａを樹脂によりインサート成形して形成されている。
【００４２】
このように、遮蔽部２３５ｅのみを導電性とすることで、金属製のカバー２２３を用いても、センサ側出力端子３３５と導通せずに絶縁が図られる。そして、センサキャップ７００がガスセンサ２２１に固定されない状態では、ゴム２３８の弾性力でセンサ側出力端子３３５が後端側に付勢され、フランジ部２３５ａの対向面２３５ａｘがカバー２２３の天井部２２３ｂ（の先端向き面２２３ｂｘ）に当接している。
一方、センサキャップ７００（図示せず）がガスセンサ２２１に固定されると、ゴム２３８が軸線方向Ｏに圧縮されて遮蔽部２３５ｅが押し下げられ、センサ側出力端子２３５が軸線方向Ｏに進退し、上記と同様な隙間Ｇ１〜Ｇ３が形成される。なお、ゴム２３８の後端向き面２３５ｓは凹凸になっているので、センサ側出力端子３３５の後端面との間に隙間Ｇ３が常時形成されている。
又、遮蔽部２３５ｅと止め部２４ａとを電気的に接続するリード線２５０が、ゴム２３８の中心孔２３８ｈを通っていて、これによりガス検出素子のセンサ出力を電気的に取り出すことができる。
【００４３】
次に、図９を参照し、本発明の第４の実施形態にかかるガスセンサユニットについて説明する。但し、第４の実施形態にかかるガスセンサユニットは、ガスセンサ３２１が有するカバー３２３構成が異なること以外は、第１の実施形態と同様であるので、ガスセンサ３２１の後端部のみを軸線Ｏ方向に沿う部分断面図として示す。なお、図９は、センサキャップ７００がガスセンサ３２１に固定されない状態でのガスセンサ３２１の後端部の構成を示す。
ガスセンサ３２１において、カバー３２３は金属をプレス加工して形成されているが、軸孔３２３ｈの周縁３２３Ｒが絶縁性の樹脂からインサート成形されている。又、周縁３２３Ｒはカバー３２３の金属部分より軸線方向Ｏの先後に厚くなっている。なお、周縁３２３Ｒは樹脂によるインサート成型のほかに、同様の形状の弾性部品（ゴム部品）等を嵌めるようにして配置しても良い。
これにより、金属製のカバー３２３と、金属製のセンサ側出力端子３５とを用いても、周縁３２３Ｒによってセンサ側出力端子３５が絶縁され、カバー３２３と導通せずに絶縁が図られる。
【００４４】
なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。例えば、弾性体は特に限定されず、板バネ、線バネ等を用いることもできる。又、フランジ部１３５ａをカバー１２３の内側面に密着させる第２の実施形態（図７）において、フランジ部１３５ａに空気孔１３５ｈを開口する代わりに、フランジ部１３５ａの外周を花弁状にし、フランジ部１３５ａとカバー１２３の内側面との一部に隙間を設けてもよい。また、ガス検出素子は、図１等に示された有底筒状（コップ状）でなくてもよく、板状の素子であって中央に大気導入孔の形成された形状（コップ状）であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
２１、１２１、２２１、３２１            ガスセンサ
２２                                    ガス検出素子
２２ｈ                                  ガス検出素子の開口
２３、１２３、２２３、３２３            カバー（ケーシング）
２３ｂ、１２３ｂ、２２３ｂ、３２３ｂ    カバー（ケーシング）の天井部
２３ｂｘ、２２３ｂｘ                    天井部の先端向き面
２３ｈ、１２３ｈ、２２３ｈ、３２３ｈ    カバー（ケーシング）の軸孔
１２３ｓ                                軸孔の側面
２５                                    主体金具（ケーシング）
３５、１３５、２３５                    センサ側出力端子
３５ａ、１３５ａ、２３５ａ              フランジ部
３５ａｘ、２３５ａｘ                    フランジ部の対向面
３５ｂ、１３５ｂ、２３５ｂ              筒状部
３５ｅ、１３５ｅ、２３５ｅ              遮蔽部
３８、２３８                            弾性体
６００                                  ガスセンサユニット
７００                                  センサキャップ
７５２ａ、７５２ｂ                      キャップ本体
７５１                                  キャップ端子
７５２ｈ                                内部空間
７５４                                  通気部
Ｇ１〜Ｇ３                                隙間
Ｏ                                      軸線方向
【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】
2012149958.tif 000009
【図８】
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【図９】
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