(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に検出部を備え、後端側に端子接続用電極を備えた軸線方向に延びる検出素子と、
該検出素子の先端側を自身先端から被測定ガスに晒し、該検出素子の後端側を自身後端から突出させるようにして、該検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
該主体金具に固定され、該主体金具の後端より突出された前記検出素子の後端側を内側に収容する外部カバーと、
該外部カバー内側において前記検出素子の後端側に装着される絶縁性の端子固定部材と、
当該センサ外部より延びるリード線と電気的に接続されると共に、前記端子固定部材内に配置される端子と、
前記主体金具の後端側の内部において、前記検出素子の周囲を取り囲む絶縁性のセラミックホルダと、
を備えたガスセンサであって、
前記端子固定部材の少なくとも径方向外周面を包囲して前記端子固定部材を外部の衝撃から保護するための保護部材、を前記外部カバー内側に備え、
前記端子固定部材は、前記検出素子の後端側の周囲を取り囲む収容部を有し、自身の径方向外周面と該径方向外周面に対向する前記外部カバー内周面との間に所定の空隙を形成可能な単一の中空状部材で構成され、
前記端子固定部材の前記収容部に前記検出素子の後端側が収容されることによって、前記端子と前記検出素子の前記端子接続用電極とが接触すると共に、前記端子が前記端子固定部材と前記検出素子との間で挟持されて固定され、
前記保護部材は、自身の後端に設けられた折曲部にて前記端子固定部材を、前記セラミックホルダの後端面に押圧することにより、前記端子固定部材を前記検出素子に対して変位しないように固定する構成にされていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記保護部材の径方向外周面と該径方向外周面に対向する前記外部カバー内周面との間には、空隙が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記保護部材の径方向外周面と該径方向外周面に対向する前記外部カバー内周面との間の空隙は、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記保護部材は、自身の先端側で、前記主体金具に固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記保護部材は、前記主体金具の後端で加締められて該主体金具に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記端子固定部材は、前記検出素子と自身の内面との間で前記端子を所定位置に位置決めするための位置決め構造を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記端子は、前記端子固定部材と前記検出素子との間で挟持されて弾性変形した状態で前記端子接続用電極に接触する弾性部、を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記弾性部は、前記検出素子と接触する複数の接触部を有するように、波形形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系等に設置して、混合ガス（排ガス等）中の特定のガス成分の濃度を検出することができるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガスセンサとしては、混合ガス中から特定のガス成分の濃度を検出するＨＣセンサやＮＯｘセンサ、酸素センサ等様々な種類のものが知られている。
【０００３】
また、このようなガスセンサとしては、検出素子の検出部からの検出信号を出力するための端子接続用電極を当該検出素子の後端側に設け、検出素子先端側に形成される検出部を被測定ガスに晒しつつ、検出素子後端側を、素子保持体を構成する主体金具の後端から突出させるようにして、検出素子の端子接続用電極と検出信号出力用等のリード線とを、種々の部材を介して電気的に接続したものが知られている。
【０００４】
上記ガスセンサとしては、例えば、検出素子の上記端子接続用電極としての機能を備えるプラチナ（Ｐｔ）線を、リード線の先端部に接続可能なサイズに延長し、この一端を検出素子に固定し、他端をリード線に接続した酸素センサが知られている。
【０００５】
ただし、このような構成のセンサでは、外部からの衝撃等によってプラチナ線が簡単に折れてしまうといった問題があるため、従来では、リード線に繋がる端子を備えた端子固定部材を、検出素子の後端側に形成される端子接続用電極に接続することによって、上記問題を解消してきた。
【０００６】
例えば、特開２００１−１８８０６０号公報に代表される図８に示すようなガスセンサ１２１においては、主体金具１２３の両端（先端及び後端）から検出素子１２５の端部を突出するようにして検出素子１２５を主体金具１２３にて保持するようにし、その検出素子１２５の端子接続用電極１２７，１２９が形成された後端側に、端子１３１，１３３を内側に備える端子固定部材１３５を装着することによって、検出素子１２５の端子接続用電極１２７，１２９と検出信号出力用のリード線１３７，１３９との間の電気的接続を良好に保つようにしていた。
【０００７】
この他、特開平１１−１９０７１６号公報に記載のガスセンサにおいては、一対の絶縁ハウジング、一対の固定金具等の各種パーツによって端子をカシメリング内の所定位置に配置し、これを検出素子の後端部に装着し、更にカシメリングを内筒部材に固定することによって、端子を検出素子の端子接続用電極に接触させ、これによって、リード線と端子接続用電極との間の電気的接続を保つようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図８に示したような構成のガスセンサ１２１では、端子固定部材１３５の外側側面（外周面）と外部カバー１４１の内側側面（内周面）とが接触していたり、端子固定部材１３５の外側側面と外部カバー１４１の内側側面との間にわずかな隙間しかないために、外部の衝撃等で外部カバー１４１が変形してしまうと、その変形によって端子固定部材１３５に衝撃が及び、端子固定部材１３５が破損してしまったり、検出素子１２５に負荷がかかり、検出素子１２５が折れてしまうことがあった。
【０００９】
一方、上記後者のガスセンサでは、カシメリングが、外部カバーとは所定の空隙を有して配置されているので、外部の衝撃が、カシメリングに及びにくく、上記図８のガスセンサと比較して検出素子後端に負荷がかかるのを抑制することができた。しかしながら、各種パーツを用いて端子をカシメリング内の所定位置に配置しなければならないため、組立工程数が多く生産の効率性があまり良くなかった。また、端子が複数部材からなる各種パーツによってカシメリング内に固定されるため、各種パーツの寸法精度が端子の固定力に影響し易く、安定して端子を固定することが容易ではなかった。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、簡単に組立可能で、外部からの衝撃に強いガスセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明においては、先端側に検出部を備え、後端側に端子接続用電極を備えた軸線方向に延びる検出素子と、検出素子の先端側を自身先端から被測定ガスに晒し、検出素子の後端側を自身後端から突出させるようにして、検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、主体金具に固定され、主体金具の後端より突出された検出素子の後端側を内側に収容する外部カバーと、外部カバー内側において検出素子の後端側に装着される絶縁性の端子固定部材と、センサ外部より延びるリード線と電気的に接続されると共に、端子固定部材内に配置される端子と、を備えたガスセンサの上記外部カバー内側に、端子固定部材の少なくとも径方向外周面を包囲して端子固定部材を外部の衝撃から保護するための保護部材、を設けている。
【００１２】
また、上記端子固定部材を、検出素子の後端側の周囲を取り囲む収容部を有し、自身の径方向外周面とその径方向外周面に対向する外部カバー内周面との間に所定の空隙を形成可能な単一の中空状部材で構成している。また、このガスセンサは、端子固定部材の収容部に検出素子の後端側が収容されることによって、端子と検出素子の端子接続用電極とが接触すると共に、端子が端子固定部材と検出素子との間で挟持されて固定される構成にされている。
【００１３】
このように構成された請求項１に記載のガスセンサでは、端子固定部材の外周面と外部カバー内周面との間に保護部材が設けられているので、外部から外部カバーに衝撃が伝わっても、保護部材により端子固定部材にかかる衝撃を緩和することができる。また特に、端子固定部材は外部カバー内周面から所定間隔空けて配置されているので、外部カバーからの衝撃を端子固定部材に伝達するのを効果的に抑制することができる。
【００１４】
この他、請求項１に記載のガスセンサでは、端子固定部材が単一部材で構成されているので、端子固定部材を複数部材を用いて組み立てる必要がなく、従来技術で例示したガスセンサと比較して製造時の工程数を少なくすることができる。尚、ここでいう「単一部材」とは、端子固定部材に対して軸方向に垂直な断面をとったときに、検出素子の後端側の周囲を取り囲む収容部に切れ目がないように構成されているものを意味する。
【００１５】
また、複数部材で端子固定部材を構成し、各部材を軸方向に垂直な向きにて重ねて端子を固定しようとすると、端子を良好に固定できなくなる可能性も考えられるが、本発明のガスセンサでは、単一部材で端子固定部材を構成しているので、良好に端子を検出素子と、端子固定部材との間の所定位置（即ち、検出素子の端子接続用電極と、端子とを良好に接続可能な位置）に挟持させた形で固定することができる。
【００１６】
つまり、本発明によれば、組立工程数を抑制しつつ、外部の衝撃により端子固定部材ひいては検出素子が破損してしまうのを効果的に抑制することができるので、結果として、耐久性に優れ、信頼性の高いガスセンサを安価に提供することができる。
【００１７】
また、本発明では、主体金具の後端側の内部に、検出素子の周囲を取り囲む絶縁性のセラミックホルダを設けると共に、ガスセンサを、保護部材が、自身の後端に設けられた折曲部にて端子固定部材をセラミックホルダの後端面に押圧することにより、端子固定部材を、検出素子に対して変位しないように固定する構成にしている。
このような構成のガスセンサにおいては、折曲部により端子固定部材を検出素子の軸方向に固定することができるので、外部からの振動によって、端子固定部材が検出素子の軸方向に揺動するのを防止することができる。また、端子固定部材を、主体金具の後端側の内部に配置されるセラミックホルダの後端面に押圧させた形態で、保護部材を用いて固定しているので、検出素子の軸方向に垂直な方向にも端子固定部材を揺動しない状態にすることができる。したがって、このガスセンサによれば、外部の衝撃等に依らず、端子接続用電極と端子間の電気的接続を良好に維持することができると共に、端子固定部材が外部からの衝撃を受けることで揺動して検出素子が折れてしまうのをより確実に抑制することができる。
尚、端子固定部材は、セラミックホルダの後端面に当接させるとよい。このようにすれば、検出素子軸方向に対する端子固定部材の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１８】
また、上記ガスセンサの端子固定部材は、端子固定部材を軸方向に貫通する貫通孔を備え、その貫通孔を、検出素子の後端側を収容させる収容部として用いる中空状部材であればよい。その他、端子固定部材の検出素子側に臨む面（先端面）から軸方向に延びる有底状の凹部を備え、その凹部を、検出素子の後端側を収容させる収容部として用いる中空状部材であってもよい。
また、上記保護部材は、弾性を有する衝撃吸収材であってもよいし、端子固定部材を包囲する金属製の筒状体であってもよい。特に、保護部材を金属製の筒状体にすると、外部からの強い衝撃に対して、センサの耐久性を効果的に向上させることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載のように、保護部材の径方向外周面とその径方向外周面に対向する外部カバーの内周面との間に空隙を設けると、外部からの強い衝撃によって外部カバーが内側に凹んだ場合に、その衝撃が端子固定部材に直に伝達してしまうのを効果的に抑制することができる。尚具体的に、保護部材を筒状体とした場合には、筒状体の外径を、外部カバーの内径より所定長さ小さくすればよい。
【００２０】
特に請求項３に記載のように、保護部材の径方向外周面とその径方向外周面に対向する外部カバーの内周面との間の空隙を、０．３ｍｍ以上に設定すると、外部からの強い衝撃によって外部カバーが内側に凹んだ場合に、その凹部が保護部材に当たってしまうのを十分に抑制することができる。尚、保護部材の径方向外周面とその径方向外周面に対向する外部カバーの内周面との空隙は、０．５ｍｍ以上に設定されることが望ましい。
【００２１】
また、上記ガスセンサ（請求項１〜請求項３）において、保護部材は、請求項４に記載のように、自身の先端側で、主体金具に固定されているのが良い。
外的要因によりガスセンサが振動する場合、保護部材及び検出素子を保持する主体金具の振動が合っていないと、主体金具に対して相対的に保護部材が振動することになるので、この振動の差が端子固定部材を介して検出素子に負荷をかける可能性がある。一方、本発明（請求項４）のようにガスセンサを構成すると、保護部材を、検出素子を保持することになる主体金具の振動に対して連動させることができ、保護部材を主体金具に対して相対的に一定位置に配置することができる。その結果、検出素子に振動等による負荷をかけなくて済む。したがって、外部の衝撃等によって検出素子に負荷がかかり、検出素子が破損してしまうのを抑制することができる。
【００２２】
尚、請求項４に記載のように保護部材を固定する場合には、具体的に、保護部材を、主体金具の後端で加締めて、当該主体金具に固定するのが良い。このように構成された請求項５に記載のガスセンサによれば、保護部材を長期にわたって安定して主体金具に固定することができる。また、検出素子を保持するための部材を主体金具内に収容し、これらを主体金具後端で加締めて固定させる際に、同時に保護部材を固定することができるので、ガスセンサの製造工程数を抑えることができる。
【００２７】
この他、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガスセンサにおいては、端子固定部材に、検出素子と端子固定部材の内面との間で端子を所定位置に位置決めするための位置決め構造を設けるのが良い。
このような構成にされた請求項６に記載のガスセンサにおいては、端子を検出素子の端子接続用電極に適切に接続することができるので、良好に検出信号をリード線から取り出すことができる。また、位置決め構造を有しているから、外部からの強い衝撃により端子の位置がずれてしまうのを抑制することができる。
【００２８】
尚具体的には、検出素子と端子固定部材の内面との間で端子を検出素子の所定位置に固定するための位置決め用のリブを、端子固定部材の内面に形成することにより、位置決め構造を有する端子固定部材を形成することができる。
また、端子固定部材内側に収容する端子は、請求項７に記載のように、端子固定部材と検出素子との間で挟持されて弾性変形した状態で、検出素子の端子接続用電極に接触する弾性部を有するのが良い。
【００２９】
このように構成された請求項７に記載のガスセンサにおいては、端子を検出素子の端子接続用電極に良好に接続できる他、外部からの衝撃を、端子固定部材と検出素子との間で挟持されることで発揮される弾性部の弾性力によって吸収することができる。更に端子固定部材と検出素子との間で挟持される弾性部の弾性復元力を利用して、端子固定部材を固定することも可能となる。
【００３０】
尚、検出素子に弾性力を及ぼしつつ弾性部を端子接続用電極に接触させる場合、端子接続用電極への接触点が一点だけであると、その一点に弾性力が集中してかかることにより、検出素子が破損してしまう可能性がある。したがって、請求項７に記載のガスセンサにおける上記端子は、請求項８に記載のように、検出素子と接触する複数の接触部を有するように波形形状に形成されているのが好ましい。
【００３１】
このような構成のガスセンサにおいては、弾性力を複数の接触部により分散して検出素子に及ぼすことができるので、弾性力により検出素子が破損してしまうのを抑制することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例について、図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用されたガスセンサとしての第一実施例の酸素センサ１の構成を表した概略断面図である。
【００３３】
図１に示すように、第一実施例の酸素センサ１は、軸方向に長尺な板状の検出素子１０、中央に貫通孔２１を有する筒状の主体金具２０、外筒３０、などから構成されている。
検出素子１０は、図２に示すように、ジルコニア等を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体からなる酸素濃淡電池素子１１と、酸素濃淡電池素子１１を所定の活性化温度に加熱するためのヒータ１５と、が積層されたものとして構成されており、主体金具２０に保持されている。尚、図２は検出素子１０の構成を表す説明図である。また図３は、検出素子１０の後端面の構成を表す概略側面図である。
【００３４】
酸素濃淡電池素子１１の先端側の両側面には、酸素濃度を検出する検出部１９としての検知電極１２ａ、基準電極１２ｂ（各々プラチナ製）が形成され、後端のヒータ接触面とは反対側の面には、検知電極１２ａに導通された端子接続用電極１３と、基準電極１２ｂに導通された端子接続用電極１４とが、並べて配置されている。本実施例において、検知電極１２ａと端子接続用電極１３とは一体形成されている。また、基準電極１２ｂと端子接続用電極１４とは、酸素濃淡電池素子１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して導通されている。
【００３５】
また、ヒータ１５には、セラミック基体中に抵抗発熱体パターン１６が埋設されており（具体的には、セラミックシート間に抵抗発熱体パターン１６が配置されており）、ヒータ１５の後端には、酸素濃淡電池素子１１の接触面とは反対側の面に、ヒータ駆動用の電力を外部から供給するための一対の端子接続用電極１７，１８が形成されている。この端子接続用電極１７，１８と抵抗発熱体パターン１６の両端とは、一方のセラミックシートを貫通する２つのスルーホール（図示せず）を介して導通されている。尚具体的に、計４つの端子接続用電極１３，１４，１７，１８は、図３に示すように、検出素子１０の軸中心に対して対称的に配置されている。また、図２では図示していないが、酸素濃淡電池素子１１の検知電極１２ａが形成された面には、検知電極１２ａの耐被毒性を確保するために、多孔質の電極保護層が積層される。
【００３６】
一方、主体金具２０は、軸方向に形成された貫通孔２１を有し、この貫通孔２１によって両端部が開口された中空状にされ、中央側壁に凸状の段部２２を備えた構成にされている。
主体金具２０の貫通孔２１には、長板状の検出素子１０の周囲を取り囲むセラミックホルダ２５，２６と、検出素子１０の周囲を保持するためのセラミック粉末２７とが、セラミックホルダ２５、セラミック粉末２７、セラミックホルダ２６の順に先端側（下方）から積層されている。
【００３７】
このセラミックホルダ２５，２６は、絶縁性セラミックにより、検出素子１０を挿通可能な挿通孔を有した筒状体として構成されており、主体金具２０は、セラミックホルダ２５，２６と、検出素子１０側面を保持するセラミック粉末２７を自身内側で保持することにより、検出素子１０の軸方向における中央部付近の外周を電気的に絶縁した状態で貫通孔２１内に固定する。この際、主体金具２０は、貫通孔２１の先端側から、検出素子１０の上記検出部１９を備える先端側を突出させ、貫通孔２１の後端側から検出素子１０の後端側を突出させるようにして検出素子１０を保持する。
【００３８】
また、主体金具２０の外周には、排気管等の被測定ガスが充満する管の壁面に形成された取付孔（図示せず）に螺合可能な取付ねじ部２３が形成されており、主体金具２０は、取付孔に螺合して酸素センサ１を管に固定し、検出素子１０の検出部１９が形成された先端側を、管内に充満する被測定ガスに晒すようにして、管内側に配置する。
【００３９】
尚、主体金具２０の先端には、検出素子１０の先端側を一定の間隔を隔てて覆う第一プロテクタ２８及び第二プロテクタ２９が取り付けられている。この第一プロテクタ２８及び第二プロテクタ２９には、被測定ガスを内側に導入するための複数のガス透過口２８ａ，２９ａが形成されている。
【００４０】
一方、外筒３０は、検出素子１０の後端側を含むセンサ各部を外部の水、油、飛び石等から保護するようにして内側に収容するためのものであり、ステンレス鋼などの金属によって筒状に形成され、先端開口部が主体金具２０の段部２２よりも後方側の部分に外嵌され、全周レーザ溶接等により固着されている。
【００４１】
つまり、この外筒３０は、主体金具２０の後端より突出された検出素子１０の後端側、セラミックにより中空状に形成された絶縁性のセラミックセパレータ４０、そのセラミックセパレータ４０を包囲する内筒５０などのセンサ各部を収容している。尚、図４は、セラミックセパレータ４０付近の構成を概略的に表す検出素子軸方向に沿う拡大断面図である。また、図５は、セラミックセパレータ４０の軸方向に垂直な横断面の構成を表した概略断面図である。
【００４２】
セラミックセパレータ４０は、横断面が概ねＨ字状に形成された検出素子１０及び後述する端子６０装着用の貫通孔４１を中央（軸中心）に有し、外縁が内筒５０の内縁の形状と同形状（本実施例では円状）の筒状体として構成されている。
【００４３】
そして、このセラミックセパレータ４０は、貫通孔４１内に挿入される検出素子１０の端子接続用電極１３，１４が形成された側面及び端子接続用電極１７，１８が形成された側面にそれぞれに向かい合う自身内側の各側面（貫通孔４１の各内側側面）に、軸方向に沿い、且つ端子接続用電極１３，１４間及び１７，１８間に位置するように凸条（即ち、「リブ４３，４４」）を有した構造にされている。
【００４４】
このリブ４３，４４は、貫通孔４１内に挿入される検出素子１０の後端側面に接触しない程度に、セラミックセパレータ４０の内側側面から突出されており、後述する形状の端子６０をセラミックセパレータ４０内部で位置決めして所定位置に固定するためのもの（位置決め構造）として設けられている。即ち、端子６０は、リブ４３，４４によりセラミックセパレータ４０の内側側面に形成される溝部４５に収容されて位置決めされる。また、このリブ４３，４４により、隣り合って配置される端子６０同士の短絡を確実に防止することができる。
【００４５】
尚、このセラミックセパレータ４０は、セラミック粉末を上記形状に成形した状態で焼成されており、組立式ではなく、単一部材で構成されている。つまり、このセラミックセパレータ４０は、軸方向に垂直な横断面をとったときに、上記貫通孔４１の内面に切れ目がないように構成されている。
【００４６】
一方、上記セラミックセパレータ４０の内側に収容される複数（本実施例では４本）の端子６０は、弾性変形可能で、高温に繰り返し晒されてもその弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやステンレス鋼などの金属にて形成されている。また、各端子６０は、検出素子１０の後端側外面とセラミックセパレータ４０（貫通孔４１）の内面との間に挟持されて圧縮変形が可能なように、検出素子１０とセラミックセパレータ４０との間隔方向に高低差を複数有する波形形状にされた弾性部６１を有している。
【００４７】
換言すると、検出素子１０の後端側外面とセラミックセパレータ４０の内面との間に配置される端子６０の弾性部６１は、検出素子１０とセラミックセパレータ４０との距離を拡大させる方向の弾性力を発生する構成にされている。そして、セラミックセパレータ４０の貫通孔４１にリブ４３，４４に沿った形で各端子６０を装着し、その状態でセラミックセパレータ４０の収容部にあたる貫通孔４１に検出素子１０を挿入すると、波形形状により形成される弾性部６１の複数の接触部６０ａが、検出素子１０（端子接続用電極１３，１４，１７，１８を含む）と接触する。この接触により検出素子１０の側面に弾性力を及ぼすと共にセラミックセパレータ４０の内側側面に弾性力を及ぼして、その弾性力により検出素子１０をセラミックセパレータ４０内側で保持する。また、このセラミックセパレータ４０と検出素子１０の側面との間で挟持されることで発揮される弾性部６１の弾性復元力（弾性力）により、セラミックセパレータ４０は外筒３０内部にて保持されることにもなる。
【００４８】
尚、各端子６０は、波形形状の弾性部６１より先端側が折り曲げられて屈曲部６２を有しており、端子６０がセラミックセパレータ４０と検出素子１０との間に装着された状態において、屈曲部６２は、セラミックセパレータ４０の先端面を掛止しており、端子６０の屈曲部６２とは反対側の後端は、セラミックセパレータ４０の後端面より突出している。
【００４９】
その他、端子６０の突出された後端は、酸素センサ１の外部へ延設された４本のリード線６３，６５（図では、２本のみ図示する。尚、他の２本は、紙面前方に位置している。）の各先端に設けられた端子接続金具６３ａ，６５ａに固定されリード線６３，６５と電気的に接続されている。
【００５０】
尚、本実施例の酸素センサ１においては、検出素子１０にて生じた検出信号としての酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すための検出信号出力用のリード線２本（一方は、図に示すリード線６３）と、ヒータ駆動電力供給用のリード線２本（一方は、図に示すリード線６５）が外部から外筒３０の内部に引き込まれており、検出信号出力用の各リード線は、検出素子１０の酸素濃淡電池素子１１側に取り付けられた検出信号出力用の端子接続用電極１３，１４に接触する各端子６０に接続され、ヒータ駆動電力供給用の各リード線は、ヒータ１５の側面に取り付けられた端子接続用電極１７，１８に接触する各端子６０に接続されている。
【００５１】
一方、内筒５０は、横断面が円状の金属製筒状体であり、セラミックセパレータ４０を外部の衝撃から保護するための保護部材として設けられている。また、この内筒５０は、外径が、内筒外側側面（即ち、径方向外周面）に対向する外筒３０の内径より所定長さ小さく設計され、内径がセラミックセパレータ４０の外径より若干大きく設計されている。つまり、内筒５０は、セラミックセパレータ４０の外側側面（即ち、外周面）に対して所定の空隙を有した状態で、そのセラミックセパレータ４０の外側側面を包囲する構成にされている。
【００５２】
また、この内筒５０は、先端に径方向外側に折曲された折曲部５１を備えており、この折曲部５１は、主体金具２０の後端の加締めによってセラミックホルダ２５，２６等を主体金具２０内側の貫通孔２１内に収容し検出素子１０を固定する際に、同時に加締め部２０ａによってセラミックホルダ２６の後端面との間で挟持され、主体金具２０に固定される。
【００５３】
この他、内筒５０は、後端に径方向内側に折曲されたセパレータ固定部５３を備えている。内筒５０の内部にセラミックセパレータ４０を収容した状態で、当該内筒５０を上記加締めにより主体金具２０へ固定すると、セパレータ固定部５３がセラミックセパレータ４０の後端面を軸方向先端側に向かって押圧して、セラミックセパレータ４０の先端面が主体金具２０の後端に位置するセラミックホルダ２６の後端面に押圧される。これによって内筒５０内のセラミックセパレータ４０を軸方向に安定して固定することができる。
【００５４】
また、この内筒５０の主体金具２０への固定により、内筒５０の外側側面（径方向外周面）と、その外側側面に対向する外筒３０の内側側面（即ち、内周面）との間には、その間隔方向（即ち、外筒３０の軸中心から延びる径方向）に、０．３ｍｍ以上の空隙が形成される。即ち、内筒５０は、外筒３０の内周面に接触しないように固定される。尚、酸素センサ１では、外筒３０の内側側面と、内筒５０の外側側面と間で最も短くなる空隙の間隔Ａが上記条件を満たすようにされている。
【００５５】
この他、酸素センサ１において、上記内筒５０及びセラミックセパレータ４０は、外筒３０の後端より内部に収容されている。また、内筒５０及びセラミックセパレータ４０より後方に位置する外筒３０後端には、その開口された後端部を閉塞してセンサ内部を気密に保持するためのシール部材として、ゴム製のグロメット６７が装着されている。
【００５６】
グロメット６７は、外周面が外筒３０の内側側面に密着可能な形状にされている。また、このグロメット６７は、上記検出信号出力用の２本のリード線（リード線６３）を挿通して外部に延長するための２つのリード線挿通孔（一方は、リード線挿通孔６８である。他方は、紙面前方に位置する。）と、上記ヒータ駆動電力供給用のリード線（リード線６５）を挿通して外部に延長するための２つのリード線挿通孔（一方は、リード線挿通孔６９である。他方は、紙面前方に位置する。）とを、備えており、これらのリード線挿通孔を介して端子６０に繋がる各リード線を外部に導いている。尚、これらのリード線挿通孔は、グロメット６７の軸方向に貫通するようにして形成されている。
【００５７】
また、このグロメット６７は、外筒３０内に上記セラミックセパレータ４０、内筒５０、端子６０等が収納された後に外筒３０後端に装着され、この後に外筒３０後端の側面から加締められ、自身と外筒３０との間の空隙及びリード線とリード線挿通孔との間の空隙を閉塞して、外筒３０後端からの水分等の外筒３０内部への侵入を防止する。
【００５８】
さて、表１は、地面に固定された状態で地面に対して垂直方向に延びる固定板の螺子孔に、酸素センサ１の取付ねじ部２３を螺合することにより、酸素センサ１を、地面に対して酸素センサ１の中心軸線が平行になるように固定し、この状態で、酸素センサ１の中心軸線から垂直な方向２ｍの高さから、１７ｇの鉄球をガイドパイプに沿って外筒３０の外周面に２００回落下させた耐久試験の結果である。
【００５９】
表１では、外筒３０の厚みが０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍである酸素センサ１のそれぞれについて、外筒３０の内周面と内筒５０の径方向外周面との間で最も短くなる間隔の空隙（図１における空隙Ａ参照）を０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍに設定にして上記耐久試験を行った結果を示し、外筒３０が変形して内筒５０外周面に接触したか否かで耐久を評価した（○は外筒３０が内筒５０に接触していないことを表し、×は外筒３０が内筒５０に接触したことを表す）。
【００６０】
【表１】
0004005830.tif 000002
【００６１】
表１からも理解できるように、外筒３０の内周面と内筒５０の径方向外周面との空隙が０．３ｍｍ以上である酸素センサ１においては、耐久試験において良好な結果を得ることができた。即ち、本実施例の酸素センサ１のように、厚みが０．３ｍｍ以上で硬度が３００Ｈｖ以上の外筒３０を用いると共に、外筒３０の内周面と内筒５０の径方向外周面との間に０．３ｍｍの空隙を形成すれば、外筒３０が外部から衝撃を受けて内側方向に歪んでも、それによって内側に変形した外筒３０内周面が内筒５０外周面に接触するのを防止することができる。
【００６２】
尚、外筒３０の肉厚は０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが望ましい。この肉厚が０．３ｍｍ未満になると、強度的に外筒３０が弱くなりわずかの衝撃でも外筒３０自身が変形・破損を生じる可能性がある。
他方、この肉厚が０．８ｍｍを越えると、外筒３０自身の加工が困難になったりガスセンサの重量が増大したりする場合がある。また、外筒３０の硬度については、２５０Ｈｖ以上、好ましくは、３００Ｈｖ以上であることが望ましい。この硬度が２５０Ｈｖ未満になると、わずかの衝撃でも外筒３０自身が変形・破損を生じる可能性がある。他方、この硬度の上限としては、加工時に外筒３０に割れが生じないようにするために、４２０Ｈｖ以下とすることが望ましい。
【００６３】
以上、酸素センサ１の構成について説明したが、本実施例においては、セラミックセパレータ４０が単一部材で構成されているので、従来のように端子６０を検出素子１０に接触させて固定するための構造を組立により形成する必要がなく、結果、酸素センサ１の製造工程を簡素化することができる。したがって、酸素センサ１の生産効率を向上させることができる。
【００６４】
尚、本実施例の酸素センサ１においては、検出素子１０をセラミックホルダ２５，２６との間に介在するセラミック粉末２７により主体金具２０内にて保持するようにしたが、本発明のガスセンサにおける検出素子を保持する構成は、これに限定されない。ところで、セラミックホルダ２５，２６、及びセラミック粉末２７を主体金具２０内に保持する構成では、例えば、セラミック粉末２７の後端側に隣接するセラミックホルダ２６（第二セラミックホルダ２６）を用いて、検出素子１０の端子接続用電極１３，１４，１７，１８と各端子６０とを接触する構成を図ることも考えられる。つまり、主体金具２０の後端側の内側にて保持される第二セラミックホルダ２６の貫通孔内周面と検出素子１０側面との間に端子６０を挟持する構成にするのである。
【００６５】
しかし、セラミック粉末２７を備える形で検出素子１０を主体金具２０内にて保持させた場合、このセラミック粉末２７が排気管内に生じる水分や湿度の影響を受けて吸水する可能性がある。そのために、セラミック粉末２７に隣接する第二セラミックホルダ２６を用いて検出素子１０の端子接続用電極１３，１４，１７，１８と各端子６０との接触を図った場合、セラミック粉末２７による吸水の影響が第二セラミックホルダ２６に及び短絡等を引き起こす可能性がある。
【００６６】
一方、セラミック粉末２７を備える形で検出素子１０を主体金具２０内に保持する構成であっても、本発明のように、検出素子１０の後端側を主体金具２０の後端から突出させ、その後端側の周囲を収容するように第二セラミックホルダ２６とは別部材のセラミックセパレータ４０（即ち、端子固定部材）を設ける構成を図ることにより、各端子６０と検出素子１０の端子接続用電極１３，１４，１７，１８との接触を実現させるセラミックセパレータ４０をセラミック粉末２７から離間させ、上記のようにセラミック粉末２７の吸水に伴う短絡等の不具合を生ずることのない信頼性の高いガスセンサを提供することができる。
【００６７】
この他、本実施例では、セラミックセパレータ４０の内側側面にリブ４３，４４を設けて、端子６０の位置決め構造を形成しているため、端子６０をセラミックセパレータ４０内の所定位置に適切に配置することができて、端子６０を検出素子１０の端子接続用電極１３，１４，１７，１８に良好に接触させることができる。
【００６８】
また、本実施例の酸素センサ１においては、セラミックセパレータ４０が、保護部材としての内筒５０を介して、外筒３０の内側側面から所定間隔離れた位置に配置されているので、外筒３０が外的衝撃等によって歪んでも、それによって、セラミックセパレータ４０が破損したり、検出素子１０が折れたりするのを防止することができる。
【００６９】
特に、本実施例の酸素センサ１では、内筒５０後端のセパレータ固定部５３でセラミックセパレータ４０を主体金具２０側のセラミックホルダ２６の後端面に押圧する手法を採用し、セラミックセパレータ４０を、内筒５０の内側側面に接触させないようにして固定しているので、内筒５０によって、外的衝撃がセラミックセパレータ４０に影響を与えるのを効果的に防止することができる。
【００７０】
次に、第二実施例として、酸素センサ７１の構成について図６を用いて説明する。尚、図６は、第二実施例の酸素センサ７１内部の構成を表した軸方向の概略断面図である。第二実施例の酸素センサ７１の構成は、第一実施例の酸素センサ１の構成と類似するため、以下では、第一実施例の酸素センサ１と異なる構成に関してのみ詳細に説明することとし、同一構成の各部の詳細説明は省略することとする。
【００７１】
図６に示すように、第二実施例の酸素センサ７１は、主に、後端に端子接続用電極１３，１４，１７，１８を備えた検出素子１０’と、検出素子１０’の径方向周囲を取り囲む主体金具２０と、リード線６３，６５に繋がる端子８０と、端子８０を内側に収容するセラミックセパレータ９０と、内筒５０と、主体金具２０より後部に配置される検出素子１０’の後部、端子８０、セラミックセパレータ９０、内筒５０、グロメット６７などを、内側に収容する外筒３０と、を備えている。
【００７２】
検出素子１０’は、第一実施例の酸素センサ１の検出素子１０と軸方向の長さが異なる程度で略同一形状に構成され、主体金具２０は、酸素センサ１と同形状にされている。この検出素子１０’は、酸素センサ１と同様に、両端が主体金具２０から突出された状態で、セラミックホルダ２５，２６、セラミック粉末２７等を介して主体金具２０に固定されている。
【００７３】
また、検出素子１０’の後端には、横断面が第一実施例のセラミックセパレータ４０の貫通孔４１と同様にＨ字形状にされた貫通孔９１を有するセラミックセパレータ９０が装着されている。
このセラミックセパレータ９０は、折曲部５１で加締められ主体金具２０に固定された内筒５０に包囲されており、その内筒５０後端に設けられたセパレータ固定部５３により板バネ９３を介して、内筒５０内側で主体金具２０のセラミックホルダ２６後端面に向かって押圧され、所定位置に固定されている。
【００７４】
また特に、このセラミックセパレータ９０は、外径が内筒５０の内径と略同一寸法にされており、内筒５０の内側側面に接触する構成にされている。つまり、セラミックセパレータ９０は、外側側面（即ち、外周面）を内筒５０の内側側面に支持されて、内筒５０内側に固定されている。
【００７５】
また、このセラミックセパレータ９０の貫通孔９１には、一端がリード線６３，６５の端子接続金具６３ａ，６５ａ（尚、図示しないが、第一実施例の酸素センサ１と同様、酸素センサ７１には、端子接続金具を有するリード線が更に二つ備えられている。）に固定され、他端が検出素子１０’の端子接続用電極１３，１４，１７，１８に接触する弾性変形可能な４つの端子８０が装着されている。
【００７６】
この４つの端子８０は夫々、金属板の曲折により形成されており、セラミックセパレータ９０の内側側面に接触するセパレータ接触部８０ａと、セパレータ接触部８０ａの先端から後端側に位置する検出素子１０’の上記セパレータ接触部８０ａに対向する端子接続用電極１３，１４，１７，１８方向に延びる電極接触部８０ｂと、セパレータ接触部８０ａの後端からリード線６３，６５の端子接続金具６３ａ，６５ａ方向に延び、その端子接続金具６３ａ，６５ａに固定されるリード線接触部８０ｃと、を備えている。
【００７７】
各端子８０の電極接触部８０ｂは、セパレータ接触部８０ａに対向する検出素子１０’の端子接続用電極１３，１４，１７，１８のいずれかと接触する接触部８０ｄを有し、接触部８０ｄより周囲で、セラミックセパレータ９０内側側面方向に反った形状にされている。この端子８０は、検出素子１０’の後端側側面とセラミックセパレータ９０の間隔方向に、弾性を有しており、セラミックセパレータ９０と検出素子１０’との間に介装されると、弾性変形して検出素子１０’側面に弾性力を及ぼしつつ、接触部８０ｄにて検出素子１０’の端子接続用電極１３，１４，１７，１８に接触して、その端子接続用電極１３，１４，１７，１８と電気的に接続される。
【００７８】
以上、第二実施例の酸素センサ７１の構成について説明したが、第二実施例の酸素センサ７１においては、セラミックセパレータ９０を、内筒５０の内側で嵌合するようにして固定することができるので、セラミックセパレータ９０の位置決めを簡単に行うことができて、検出素子１０に対して安定してセラミックセパレータ９０を固定することができる。その他、概ね第一実施例の酸素センサ１と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
尚、本発明の外部カバーは、本実施例における外筒３０に相当する。また、本発明の端子固定部材は、本実施例におけるセラミックセパレータ４０，９０に相当する。そして、セラミックセパレータ４０，９０は、軸方向に形成された貫通孔４１，９１によって両端が開口された中空状にされている。また、セラミックセパレータ４０，９０は、外筒３０との間で所定の空隙を形成する内筒５０より外径が小さく設定されることにより、自身外周面とその外周面に対向する外筒３０内周面との間に所定の空隙を形成可能な構成にされている。
【００８０】
また、本発明の保護部材は、内筒５０に相当し、本発明の保護部材の後端に設けられた折曲部は、本実施例の内筒５０の後端に設けられたセパレータ固定部５３に相当する。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明のガスセンサは、上記実施例の内容に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００８１】
第一実施例及び第二実施例では、セラミックセパレータ４０，９０を、主体金具２０後端側に位置するセラミックホルダ２６に当接させて、セラミックセパレータ４０，９０の軸方向の位置決めを図るようにした酸素センサ１，７１について説明したが、例えば、セラミックセパレータ４０，９０をセラミックホルダ２６の後端面から所定間隔離して固定するようにしてもよい。この場合には、内筒５０内側のセラミックセパレータ４０，９０を端子６０，８０の弾性力を利用して保持するようにすればよい。
【００８２】
この他、第一実施例及び第二実施例では、４つの端子接続用電極１３，１４，１７，１８を後部に有する検出素子１０，１０’を備えた酸素センサ１，７１を例に挙げて説明したが、勿論、その他の数（例えば、５個、６個）の端子接続用電極を有する検出素子を備えたガスセンサに、本発明を適用することも可能である。
【００８３】
例えば、検出素子の両面に３つずつ計６つの端子接続用電極を有する検出素子を備えるガスセンサに本発明を適用する場合には、図７に示すように、セラミックセパレータ１００の貫通孔１０１の横断面を、概略「王」字状にすればよい。つまり、検出素子の端子接続用電極に対向するセラミックセパレータ１００の各内側側面に、軸方向に延びる凸条を等間隔で２つずつ形成し、これによって計４つのリブ１０３〜１０６を形成すればよい。このリブ１０３〜１０６に沿って端子をセラミックセパレータ１００に挿入して、検出素子側面と、セラミックセパレータ１００の内側側面との間に端子を介装すれば、セラミックセパレータ１００内において、端子を所定位置に固定して、その端子を良好な状態で検出素子の端子接続用電極に電気的に接続することができる。
【００８４】
また、上記実施例では、酸素センサを例に挙げて説明したが、勿論、その他の種類のガスセンサに本発明を適用することも可能であるし、板状の検出素子１０，１０’以外の形状の検出素子を使用するガスセンサに本発明を適用することも可能である。
【００８５】
この他、上記実施例では、内筒５０の先端を主体金具２０側に固定するようにしたが、このように内筒５０を固定する必要は必ずしもなく、例えば、内筒５０外側側面と外筒３０内側側面とを、軸方向に垂直に延びる梁材などで接続して、内筒５０を外筒３０内側に固定してもよい。
【００８６】
また、セラミックセパレータ４０，９０，１００の先端面に位置決め用の凸部を設け、セラミックホルダ２６の後端面に凹部を設けて、これらを合わせるようにして、セラミックセパレータ４０，９０，１００を主体金具２０側（セラミックホルダ２６の先端面）に当接させれば、軸方向及び軸に垂直な方向に、セラミックセパレータ４０，９０，１００を位置決めすることができる。このようにすれば、センサの組み立てを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第一実施例の酸素センサ１の構成を表す概略断面図である。
【図２】  検出素子１０の構成を表す説明図である。
【図３】  検出素子１０の軸方向から見た後端面の構成を表す概略側面図である。
【図４】  セラミックセパレータ４０付近の構成を概略的に表す拡大断面図である。
【図５】  セラミックセパレータ４０の横断面の構成を表す概略断面図である。
【図６】  第二実施例の酸素センサ７１の構成を表す断面図である。
【図７】  セラミックセパレータ１００の横断面の構成を表す概略断面図である。
【図８】  従来のガスセンサ１２１の構成を表す概略断面図である。
【符号の説明】
１，７１…酸素センサ、１０，１０’…検出素子、１１…酸素濃淡電池素子、１２ａ…検知電極、１２ｂ…基準電極、１３，１４，１７，１８…端子接続用電極、１５…ヒータ、１９…検出部、２０…主体金具、２０ａ…加締め部、２１，４１，９１，１０１…貫通孔、２２…段部、２３…取付ねじ部、２５，２６…セラミックホルダ、２７…セラミック粉末、２８，２９…プロテクタ、２８ａ，２９ａ…ガス透過口、３０…外筒、４０，９０，１００…セラミックセパレータ、４３，４４，１０３〜１０６…リブ、４５…溝部、５０…内筒、５１…折曲部、５３…セパレータ固定部、６０，８０…端子、６０ａ，８０ｄ…接触部、６１…弾性部、６２…屈曲部、６３，６５…リード線、６３ａ，６５ａ…端子接続金具、６７…グロメット、６８，６９…リード線挿通孔
【図１】
0004005830.tif 000003
【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】
0004005830.tif 000009
【図８】
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