(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に検出部が形成された棒状又は筒状形態をなし、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子と、前記検出部を一方の端部側から突出させた状態で、前記検出素子を覆う筒状の素子収容体と、その素子収容体の、前記検出部が突出する側の開口端部に結合されるとともに、前記被測定ガスの流通を許容した状態で該検出部を覆うプロテクタとを備え、そのプロテクタは、内外２つの筒状部、すなわち外側の第一筒状部と、その内側に軸方向に挿入される第二筒状部とを有するものとされ、かつ前記第二筒状部の外周面には、前記第一筒状部内への挿入に伴い該第一筒状部の内周面に形成された第一側係合部と係合して、前記第二筒状部を当該第一筒状部に対して周方向の所定位置に位置決め保持させる第二側係合部が形成され、
前記第一側係合部は前記第一筒状部の内周面から突出形成された係合凸部であり、前記第二側係合部は、前記第二筒状部の外周面においてその軸線方向に延び、前記係合凸部が嵌まり込んで該軸線方向に相対的にスライド移動することを許容する溝部であり、
前記素子収容体の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部が形成され、
前記第二筒状部は、前記第一筒状部の開口縁よりも所定距離内側に入り込むように、前記第一筒状部よりも軸線方向の長さが短く形成されており、該第一筒状部の開口側には、前記プロテクタ装着部への装着代部が所定幅で形成され、該装着代部に対し前記素子収容体の前記プロテクタ装着部を挿入し、該装着代部とプロテクタ装着部との重なり部に対し全周の環状溶接部を形成することにより取り付けられたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記第一筒状部と前記第二筒状部との各側壁部には、前記気体の流通を許容する第一側気体流通孔及び第二側気体流通孔がそれぞれ厚さ方向に貫通する形態で形成され、前記第一側係合部と前記第二側係合部との係合により、それら第一側気体流通孔と第二側気体流孔とが所定の位置関係を満足するように、前記第一筒状部と前記第二筒状部とが位置決め保持される請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第一筒状部と前記第二筒状部との外壁部同士の間には所定量の隙間が形成されるようになっており、かつそれら第一筒状部と第二筒状部とは前記第一側係合部と前記第二側係合部との係合により、前記第一側気体流通孔と前記第二側気体流孔とがそれら筒状部の周方向において互いにずれた位置関係となるように位置決めされるようになっている請求項２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記溝部は、前記第二筒状部の外周面においてその周方向にほぼ等角度間隔で複数形成され、前記係合凸部は、前記第一筒状部の内周面上の所定位置に１つ、又は該内周面の周方向において前記溝部の形成角度間隔の整数倍となる角度間隔で複数形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第二筒状部の側壁部は軸方向中間部に形成された段差部により開口端部側が拡径され、その拡径された開口端部を第一部分、前記段差部を挟んでその第一部分と反対側に位置する部分を第二部分として、前記溝部はその第一部分に形成される一方、前記第二部分において、前記第一筒状部と前記第二筒状部との間には、前記段差部に対応する大きさの隙間が形成されるとともに、前記第二筒状部には前記第二部分に第二側気体流通孔が、また前記第一筒状部の前記第二部分に対応する側壁部分に前記第一側気体流通孔がそれぞれ形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記第二筒状部の第一部分が前記第一筒状部の側壁部に対し、前記溝部と干渉しない位置に形成された溶接部により互いに接合されている請求項５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、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯＸセンサなど、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。このようなガスセンサは、該ケーシングの一部をなす主体金具の外周面に形成されたねじ部により排気管等の所定の取付部に取り付けられるとともに、主体金具の端部から突出する検出部が測定雰囲気中に保持され、被検出成分を検出する。そして、多くのガスセンサにおいては、測定雰囲気中に位置する検出部を被水や被毒から保護するために、該検出部を覆うプロテクタが設けられている。プロテクタの側壁部には気体流通孔が形成され、被測定ガスはこの気体流通孔からプロテクタ内に導かれ、検出部と接触させられる。
【０００３】
最近では、検出部の保護性能を高めるため、該プロテクタを内外２つの筒状部からなる二重構造としたものも多く使用されている。このような二重構造プロテクタにおいては、その内外の筒状部に形成される気体流通孔の形成位置に重なりが生じていると、その重なり部において水や被毒成分が検出部に直接到達する経路が形成されるので、二重構造による保護性能の向上効果が必ずしも十分に達成できない場合がある。そのため、多くの二重構造プロテクタにおいては、内側の筒状部と外側の筒状部とで気体流通孔の形成位置をずらせることで、上記のような経路が発生しないようにし、保護性能を高める工夫がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような二重構造プロテクタにおいて、内外の筒状部は、気体流通孔が初期の位置関係を満足するものとなるように、周方向に位置合わせした状態で固定しなければならない。この場合、従来は、例えば２つの筒状部を底部が互いに重なるように配置するとともに、その重なり面に凹凸を形成しておき、それら凹凸の係合により位置合わせを行うようにしていたが、内外の筒状部は振動等により軸線方向に動きやすいため、組付け作業時において上記位置合わせ用の凹凸の係合が外れやすく、作業能率が極めて悪い欠点がある。また、位置合わせ後の両筒状部は、重なった底部同士を抵抗溶接により接合する形で固定されていたが、センサが高温環境で使用される場合には溶接部の劣化や振動付加により該固定が外れやすい問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、２以上の筒状部を重ね配置した構造のプロテクタを有するとともに、それら筒状部の周方向の位置合わせが容易であり、ひいては組立て作業が容易なガスセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明のガスセンサは、
先端部に検出部が形成された棒状又は筒状形態をなし、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子と、前記検出部を一方の端部側から突出させた状態で、前記検出素子を覆う筒状の素子収容体と、その素子収容体の、前記検出部が突出する側の開口端部に結合されるとともに、前記被測定ガスの流通を許容した状態で該検出部を覆うプロテクタとを備え、そのプロテクタは、内外２つの筒状部、すなわち外側の第一筒状部と、その内側に軸方向に挿入される第二筒状部とを有するものとされ、かつ前記第二筒状部の外周面には、前記第一筒状部内への挿入に伴い該第一筒状部の内周面に形成された第一側係合部と係合して、前記第二筒状部を当該第一筒状部に対して周方向の所定位置に位置決め保持させる第二側係合部が形成され、
前記第一側係合部は前記第一筒状部の内周面から突出形成された係合凸部であり、前記第二側係合部は、前記第二筒状部の外周面においてその軸線方向に延び、前記係合凸部が嵌まり込んで該軸線方向に相対的にスライド移動することを許容する溝部であり、
前記素子収容体の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部が形成され、
前記第二筒状部は、前記第一筒状部の開口縁よりも所定距離内側に入り込むように、前記第一筒状部よりも軸線方向の長さが短く形成されており、該第一筒状部の開口側には、前記プロテクタ装着部への装着代部が所定幅で形成され、該装着代部に対し前記素子収容体の前記プロテクタ装着部を挿入し、該装着代部とプロテクタ装着部との重なり部に対し全周の環状溶接部を形成することにより取り付けられたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成では、プロテクタの組立作業時において、内側の第二筒状部を外側の第一筒状部に挿入する際に、該第一筒状部の内周面に形成された第一側係合部と、第二筒状部の外周面に形成された第二側係合部とを互いに係合させることにより、第二筒状部が第一筒状部に対して周方向の所定位置に位置決め保持されるようにした。これにより、少なくとも２つの筒状部を重ね配置した構造のプロテクタを有するガスセンサにおいて、それら筒状部の周方向の相対的な位置決めが極めて行いやすくなり、プロテクタ組立の作業性が向上する。
【０００８】
なお、第一筒状部と第二筒状部とは、軸断面を略円形状に形成することができるが、この場合は第一側係合部と第二側係合部とは、それらの係合により両筒状部の相対回転を阻止するものとして構成することができる。これにより、略円形状軸断面を有する２つの筒状部同士の位置決め位置からの相対回転が、上記係合部の係合により阻止されるため、プロテクタの組立作業を一層容易に行うことができる。
【０００９】
上記ガスセンサにおいては、第一筒状部と第二筒状部との各側壁部に、気体の流通を許容する第一側気体流通孔及び第二側気体流通孔をそれぞれ厚さ方向に貫通する形態で形成することができる。この場合、第一側係合部と第二側係合部との係合により、それら第一側気体流通孔と第二側気体流孔とが所定の位置関係を満足するように、第一筒状部と第二筒状部とを容易に位置決め保持することが可能となる。
【００１０】
例えば、第一筒状部と第二筒状部との外壁部同士の間に所定量の隙間を形成し、第一側気体流通孔と第二側気体流孔とをそれら筒状部の周方向において互いにずれた位置関係となるように位置決めすれば、水や被毒成分がプロテクタを経て検出部に直接到達する経路が形成されにくくなり、検出部に対するプロテクタの保護性能が高められる。この場合、第一側係合部と第二側係合部とを設けることで、第一筒状部と第二筒状部とを上記位置関係を満足する形で容易に組み立てることができるようになる。
【００１１】
第一側係合部は、具体的には第一筒状部の内周面から突出形成された係合凸部とすることができ、第二側係合部は、第二筒状部の外周面においてその軸線方向に延び、係合凸部が嵌まり込んで該軸線方向に相対的にスライド移動することを許容する溝部とすることができる。この構成によれば、第二筒状部側の溝部に対し、第二筒状部側の係合凸部を嵌め入れ、その状態で該凸部を上記溝部内で相対的にスライドさせながら、第二筒状部を第一筒状部内に挿入することにより、両筒状部の位置決め組立の作業を極めて簡単に行うことができる。
【００１２】
なお、溝部は、第二筒状部の外周面においてその周方向にほぼ等角度間隔で複数形成することができる。この場合、係合凸部は、第一筒状部の内周面上の所定位置に１つ、又は該内周面の周方向において溝部の形成角度間隔の整数倍となる角度間隔で複数形成することができる。こうすれば、係合凸部を複数の溝部のいずれかに選択的に係合させることが可能となり、例えば係合凸部と溝部とを１組のみ形成する場合と比較して、その係合位置を探す手間が省けるので、組立作業の能率が一層向上する。
【００１３】
次に、本発明のガスセンサは、より具体的には、第二筒状部の側壁部は軸方向中間部に形成された段差部により開口端部側が拡径され、その拡径された開口端部を第一部分、段差部を挟んでその第一部分と反対側に位置する部分を第二部分として、溝部がその第一部分に形成される一方、第二部分において、第一筒状部と第二筒状部との間には、段差部に対応する大きさの隙間が形成されるとともに、第二筒状部には第二部分に第二側気体流通孔が、また第一筒状部の第二部分に対応する側壁部分に第一側気体流通孔がそれぞれ形成されたものとして構成することができる。該構成によれば、第二筒状部に段差部を設けることで第一筒状部と第二筒状部との間に気体流通に必要な隙間を容易に形成でき、かつ該段差部により拡径された第一部分を、位置決めに必要な溝部の形成部位として有効活用することが可能となる。
【００１４】
この場合、第二筒状部の第一部分を、第一筒状部の側壁部に対し、溝部と干渉しない位置に形成された溶接部により接合することができる。この構成によれば、両筒状部の重ね合わされた底部同士を溶接接合する従来の二重構造プロテクタの構成と比較して、溶接部の衝撃に対する耐性が増し、また高温となるプロテクタ先端位置から溶接部が離れるので、センサが高温環境で使用される場合においても溶接部に劣化や損傷が生じにくくなる。これにより、筒状部同士の位置決め結合状態が外れたりするトラブルが生じにくくなる。この場合、両筒状部の重ね合わされた底部同士にも、それらを接合する溶接部を形成すれば、筒状部間の位置決め結合強度をさらに高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
図１は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素検出素子２と、軸状のセラミックヒータである発熱体３とを備えて構成される。酸素検出素子２は酸素イオン伝導性を有する固体電解質により構成されている。そのような固体電解質としては、Ｙ２Ｏ３ないし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ないし希土類金属の酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ２にはＨｆＯ２が含有されていてもよい。
【００１６】
この酸素検出素子２の中間部外側には、絶縁性セラミックから形成されたインシュレータ６，７、並びにタルクから形成されたセラミック粉末８を介して、素子収容体としての金属製のケーシング１０が設けられ、酸素検出素子２はケーシング１０と電気的に絶縁された状態でこれらを貫通している。ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された内筒部材１４等を備える。また、図２に示すように、酸素検出素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように一対の電極層２ｂ，２ｃが設けられている。これら電極層２ｂ，２ｃはいずれも、酸素検出素子２を構成する固体電解質へ酸素を注入するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質から酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を有する多孔質電極、例えばＰｔ多孔質電極として構成されている。
【００１７】
なお、以下においては、酸素検出素子２の軸方向においてその閉じた先端部に向かう側を「前方側（あるいは先端側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（あるいは後端側）」として説明を行う。
【００１８】
まず、主体金具９の後方側の開口部には、前述の内筒部材１４がインシュレータ６との間にリング１５を介してかしめられ、この内筒部材１４にさらに外筒部材５４が外側から嵌合・固定されている。この外筒部材５４の図中上端側の開口はゴム等で構成されたグロメット（弾性シール部材）１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（リード線２０，２１の影になって見えない）が配置されている。
【００１９】
酸素検出素子２用の一方のリード線２０は、端子金具２３のコネクタ部２４及びこれに続く引出し線部２５、並びに端子金具２３の内部電極接続部２６を経て、前述の酸素検出素子２の内側の電極層２ｃ（図２）と電気的に接続されている。一方、他方のリード線２１は、別の端子金具３３のコネクタ部３４及びこれに続く引出し線部３５並びに外部電極接続部３５ｂを経て、酸素検出素子２の図示しない外側の電極層と電気的に接続されている。
【００２０】
ここで、酸素検出素子２は、排気ガス温が十分高温となっている場合には当該排気ガスで加熱されて活性化されるが、エンジン始動時など排気ガス温が低温である場合には前述の発熱体３で強制的に加熱することで活性化される。発熱体３は、通常はセラミックヒータであり、例えばアルミナを主とするセラミック棒４５の先端部に、例えば蛇行状に形成された抵抗発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２が設けられたものである。この抵抗発熱線部は、ヒータ端子部４０から延びるリード線を経て通電されることにより、酸素検出素子２の先端部（検出部）を所定の活性化温度以上に加熱する役割を果たす。
【００２１】
また、上述の発熱体３は、端子金具２３により酸素検出素子２の中空部内に保持される。この端子金具２３には、前述の内部電極接続部２６に関して発熱体３の先端側（すなわち発熱部４２に近い側）に発熱体把持部２７が形成されている。発熱体把持部２７は、発熱体３の周囲を包囲するＣ字状の横断面形状を有している。そして、発熱体３を未挿入の状態では該発熱体３の外径よりは少し小さい内径を有し、発熱体３の挿入に伴い弾性的に拡径してその摩擦力により該発熱体３を把持する。図１の構成において、この発熱体把持部２７は内部電極接続部２６の片側の１箇所にのみ設けられている。
【００２２】
内部電極接続部２６は、左右両側の縁に鋸刃状の接触部２６ａがそれぞれ複数形成された板状部分を円筒状に曲げ加工することにより、発熱体３を包囲する形態で形成されている。そして、その外周面と酸素検出素子２の中空部内壁面２ａとの間の摩擦力によって発熱体３を該中空部に対し軸線方向に位置決めする役割を果たすとともに、上記複数の接触部２６ａの各先端部において内側の電極層２ｃ（図２）と接触・導通するようになっている。
【００２３】
次に、図１に示すように、外筒部材５４は、内筒部材１４（ケーシング１０）に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなす。また、内筒部材１４の後端部には、段付き部５１により、該段付き部５１に関して軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるように構成され、その第二部分６２には周方向の複数の気体導入孔５２が形成されている。また、第二部分６２の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側が外筒部材５４により覆われている。そして、フィルタ５３に対応する位置において外筒部材５４の壁部には、周方向に所定の間隔で複数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、それら補助気体導入孔５５の列を挟んで両側に、フィルタ５３を自身と内筒部材１４の第二部分６２との間で圧着固定する環状のフィルタかしめ部５６，５７が形成されている。
【００２４】
他方、外筒部材５４は、第一部分６１において内筒部材１４に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部には周方向の環状の外筒／内筒連結かしめ部７５が形成されている。この外筒／内筒連結かしめ部７５により、外筒部材５４が内筒部材１４に対して結合される。
【００２５】
なお、フィルタ５３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。これにより、補助気体導入孔５５からフィルタ５３を経て気体導入孔５２より、基準ガスとしての大気（外気）が内筒部材１４（ケーシング１０）内に導入されるとともに、水滴等の液体状態の水は内筒部材１４内に侵入することが阻止されるようになっている。
【００２６】
次に、主体金具９の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここから突出する酸素検出素子２の先端側、すなわち検出部２ｋを所定の空間を隔てて覆うように、キャップ状のプロテクタ１００が装着されている。該プロテクタ１００は、有底の第一筒状部１０１と、その内側に所定の隙間を経て同心的に配置された有底の第二筒状部１０２とを有する二重構造となっている。
【００２７】
図３（ｂ）に示すように、第二筒状部１０２は、その側壁部に対し軸方向において開口端部寄りの中間位置に、テーパ面状の段差部１０２ｂが形成されている。そして、その段差部１０２ｂに関して開口側に位置する端部が、第一筒状部１０１の内径にちょうど嵌まる程度に拡径されて第一部分１０２ａを形成する一方、上記段差部１０２ｂに関してこれと反対側に位置する部分は、該第一部分１０２ａよりも径小の第二部分１０２ｃとされている。
【００２８】
また、第一筒状部１０１の側壁部には、軸線方向に並ぶ２つの長孔状の第一側気体流通孔１０３，１０３の組が周方向に略一定の角度間隔で複数形成されている。また、第二筒状部１０２の側壁部にも同様の第二側気体流通孔１０４，１０４の組が、第一側気体流通孔１０３，１０３の組と同じ角度間隔で複数形成されている。そして、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とは、水滴等の侵入防止のために、図３（ｃ）に示すように、第一側気体流通孔１０３，１０３と第二側気体流通孔１０４，１０４との周方向の形成位置位相が互いにずれたものとなるよう位置決めされている。
【００２９】
次に、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とを上記のような位置関係で位置決め配置するために、図３（ａ）に示すように、第二筒状部１０２の第一部分１０２ａには、第二側係合部としての所定幅の溝部２５０が、周方向に所定の角度間隔で、具体的には第一側気体流通孔１０３，１０３ないし第二側気体流通孔１０４，１０４の形成角度間隔の整数倍となる角度間隔で複数形成されている。この溝部２５０は、金型プレス加工等により第一部分１０２ａを溝形状に内向きに凹ませることにより、段差部１０２ｂに対応する端部側がこれに開放する形態で形成されている。なお、本実施例では、第一側気体流通孔１０３，１０３ないし第二側気体流通孔１０４，１０４の形成角度間隔を４５°、溝部２５０の形成角度間隔をその２倍の９０°としている。
【００３０】
他方、第一筒状部１０１の側壁部内面には、軸線方向において上記溝部２５０に対応する位置に第一側係合部としての係合凸部２５１が形成されている。この係合凸部２５１は、第一筒状部１０１を金型プレス加工等で内向きに凹ませることにより、溝部２５０の幅よりも少し狭幅に形成されており、上記複数の溝部２５０のいずれかと選択的に係合することにより、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２との周方向の相対回転を阻止するとともに、第一側気体流通孔１０３，１０３と第二側気体流通孔１０４，１０４とが、周方向において互いにずれた位置関係で配列するよう、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とを互いに位置決めする役割を果たす。ここで、溝部２５０の形成角度間隔が、第一側気体流通孔１０３，１０３ないし第二側気体流通孔１０４，１０４の形成角度間隔の整数倍となっていることで、該係合凸部２５１がいずれの溝部２５０と係合した状態においても、上記位置決め状態が得られるようになっている。
【００３１】
第二筒状部１０２は、第一部分１０２ａにおいて、溝部２５０と干渉しない位置において周方向に所定の間隔で形成された複数の溶接部１０７（例えばスポット溶接等の抵抗溶接にて形成される）により、第一筒状部１０１の側壁部と結合されている。なお、第二筒状部１０２は、第一筒状部１０１よりも軸線方向の長さが短く形成されており、その第一部分１０２ａの開口縁が第一筒状部１０１の開口縁よりも所定距離内側に入り込む形で配置されている。これにより、第一筒状部１０１の開口側には、プロテクタ装着部９ａの装着代部１０１ａが所定幅で形成される形となっている。
【００３２】
他方、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２との各底部は互いに密着した形態とされ、各々その中央にはガス透過口１０５，１０６が互いに連通する形で形成される。そして、図３（ｄ）に示すように、それら底部は、溶接部１５２（例えばスポット溶接等の抵抗溶接にて形成されたもの）により互いに結合されている。本実施例では、該溶接部１５２は、ガス透過口１０５，１０６の周囲を取り囲む形で複数個形成されている。なお、この溶接部１５２は省略してもよい。
【００３３】
このようなプロテクタ１００は、その装着代部１０１ａに対し主体金具９のプロテクタ装着部９ａを挿入し、装着代部１０１ａとプロテクタ装着部９ａとの重なり部に対し環状の溶接部９０を、例えばレーザー溶接等により形成することで取り付けられている。
【００３４】
なお、図６により示すプロテクタ１００の各部の寸法は、例えば以下のように設定できる（なお、括弧内は、図３に示すものの具体的な数値例である）。
Ｐ1：１０．１５〜１２．０５ｍｍ（１０．３５ｍｍ）
Ｐ2：３．７〜４．１ｍｍ（３．９ｍｍ）
Ｐ3：例えば２０ｍｍ
Ｐ4：７．５〜７．９ｍｍ（７．７ｍｍ）
【００３５】
また、図７により示す主体金具９の各部の寸法は、例えば以下のように設定できる（なお、括弧内は、図１に示すものの具体的な数値例である）。
Ｋ1：２５〜３０ｍｍ（２９．６ｍｍ）
Ｋ2：１３〜１７ｍｍ（１６．８ｍｍ）
Ｋ3：１２．５〜１３ｍｍ（１２．８６ｍｍ）
Ｋ4：８．８〜９．２ｍｍ（９ｍｍ）
Ｋ5：３．６〜４ｍｍ（３．８ｍｍ）
Ｋ6：１〜２．５ｍｍ（２ｍｍ）
Ｋ7：０．５〜１．５ｍｍ（１ｍｍ）
Ｋ8：１２〜１４ｍｍ（１３．９ｍｍ）
Ｋ9：７〜１０ｍｍ（９．６ｍｍ）
Ｋ10：７．５〜１０．５ｍｍ（１０ｍｍ）
Ｋ11：２０〜２３．６ｍｍ（２３．１ｍｍ）
Ｋ12：５〜７ｍｍ（６．５ｍｍ）
Ｋ13：２１．８〜２２．２ｍｍ（２２ｍｍ）
Ｋ14：例えばＭ１８
Ｋ15：９．３〜１１．２ｍｍ（９．５ｍｍ）
Ｋ16：７．３〜７．７ｍｍ（７．５ｍｍ）
Ｋ17：１６．３〜１６．７ｍｍ（１６．５ｍｍ）
Ｋ18：１１．４〜１１．８ｍｍ（１１．６ｍｍ）
Ｋ19：１５．８〜１６．２ｍｍ（１６ｍｍ）
【００３６】
また、図１において、センサ１の全長Ｌ1は約８４ｍｍである。また、主体金具９のガスケットＧの受け面９ｄから、プロテクタ１００の先端面までの長さＬ2は約２９ｍｍである。
【００３７】
以下、酸素センサ１の作動について説明する。
上記酸素センサ１においては、前述の通り外筒部材５４のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面にはプロテクタ１００のガス透過口１０５、１０６を介して導入された排気ガスが接触し、該酸素検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として電極層２ｂ，２ｃからリード線２１，２０を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【００３８】
そして、検出素子２の検出部２ｋを覆うプロテクタ１００は、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とを有する二重構造とされ、かつ各側壁面には、それぞれ周方向に並ぶ第一側気体流通孔１０３，１０３と第二側気体流通孔１０４，１０４とが、互いにずれた位置関係で配列している。これにより、プロテクタの外側から内側に向けて、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とを径方向に直接的に貫く流通経路が生じなくなるので、検出部２ｋに対する水滴や被毒成分からの保護機能が高められている。
【００３９】
他方、プロテクタ１００は、図３に示すように、第一筒状部１０１に前述の係合凸部２５１が形成され、第二筒状部１０２に溝部２５０が形成されていることで、第一側気体流通孔１０３，１０３と第二側気体流通孔１０４，１０４とを相対的に位置決めしながらの組立作業を、次のようにして極めて簡単に行うことができる。すなわち、図４に示すように、第一筒状部１０１に対し第二筒状部１０２を、その開口部から軸線方向に挿入する。この状態で、例えば第二筒状部１０２を第一筒状部１０１の内側で、係合凸部２５１が複数ある溝部２５０のいずれかに係合する位置まで回転させる。係合凸部２５１と溝部２５０とが係合状態となれば、係合凸部２５１を溝部２５０内で相対的に滑らせながら、第二筒状部１０２を、その底部が第一筒状部１０１の底に当たる位置まで押し込む。この状態で、図３に示す溶接部１０７ないし１５２を形成することで、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２との接合を行う。このとき、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２とは、係合凸部２５１と溝部２５０との係合により相対回転が阻止されるから、溶接作業が極めて行いやすく、また、作業に伴う第一側気体流通孔１０３，１０３と第二側気体流通孔１０４，１０４との位置ずれもほとんど生じない。
【００４０】
なお、図５（ａ）に示すように、第一筒状部１０１側の係合凸部２５１を、その周方向に沿って複数形成するようにしてもよい。他方、図５（ｂ）に示すように、係合凸部２５１と溝部２５０とを１組のみ設ける構成としてもよい。また、第一側係合部と第二側係合部とは、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２との相対回転が阻止できるものであれば、係合凸部と溝部との組み合わせに限らず、例えば図５（ｃ）に示すように、第二筒状部１０２の第一部分１０２ａの外周面形状を多角形状とし、第一筒状部１０１側には、その軸方向中間位置にて、挿入後の第一部分１０２ａに対応する位置に、多角形状の内周面形状を有した第一側係合部１０１ｆを形成するようにしてもよい。この場合、第二筒状部１０２の第一部分１０２ａを、この第一側係合部１０１ｆに嵌め合わせることにより、第一筒状部１０１と第二筒状部１０２との相対回転が阻止されることとなる。
【００４１】
なお、プロテクタ１００は主体金具９に対し、以下の図８〜図１１に示す方法にて形成される加締め溶接構造部１５０により接合することもできる。すなわち、図８に示すように、主体金具９のプロテクタ装着部９ａを、プロテクタ１００の装着代部１０１ａに対し、該装着代部１０１ａの開口縁が金具端面に当たる位置まで挿入する。そして、図９に示すように、この状態で装着代部１０１ａの軸方向中間部を、プロテクタ装着部９ａに向けて周方向に加締めることにより、図１０に示すように加締め部８１を形成する。このとき、プロテクタ装着部９ａ側には、この加締め部８１に対応して環状の凹所が形成される場合がある。
【００４２】
次いで、図１１（ａ）に示すように、この加締め部８１に対し、周方向の溶接部８３を、例えばレーザー溶接により形成すれば、目的とする加締め溶接構造部１５０が得られる。ここで、溶接部８３の幅をｗ1、加締め部８１の幅をｗ2とした場合、接合強度確保の観点からｗ1／ｗ2は０．５以上とするのがよい（図１の例では、ｗ1は約０．７ｍｍ、ｗ2は約１ｍｍ、ｗ1／ｗ2は約０．７である）。また、図１１（ｂ）に示すように、加締めによる圧着力をプロテクタ装着部９ａ（内側部材）側に十分生じさせ、良好な圧着状態を確保するために、装着代部１０１ａ（外側部材）の厚さｔ2は１ｍｍ以下に設定するのがよい（図１の例では、ｔ2は約０．４ｍｍである）。さらに、プロテクタ装着部９ａ（内側部材）側の溶接部８３の侵入深さｄ1は、接合強度確保の観点から０．３ｍｍ以上となっているのがよい。ただし、プロテクタ装着部９ａ（内側部材）を厚さ方向に貫く形で溶接部８３が形成されると、溶接欠陥等の影響を受けて接合強度が低下する場合があるので、上記侵入深さｄ1はプロテクタ装着部９ａの厚さｔ1よりも小さくなっていることが望ましい。
【００４３】
プロテクタ１００とプロテクタ装着部９ａとの重なり部に加締め部８１を予め形成して、両者の密着を高めた状態で、ここに全周の溶接部８３を形成して接合する構造とすることで、溶接部８３における欠陥発生が効果的に防止され、接合の気密性を高めることができる。例えば、酸素センサ１が低温となったときに、凝結した水滴がプロテクタの外面に付着することがある。この場合、主体金具９とプロテクタ１００とを接合する溶接部８３に欠陥があると、その欠陥部から凝結した水滴が侵入して検出部をぬらしたり、あるいは錆等の汚れを付着させたりする場合がある。しかしながら、主体金具９とプロテクタ１００との接合構造が上記加締め溶接構造部１５０となっていることで、そのような水滴や汚れの侵入等の不具合を効果的に防止することができる。
【００４４】
なお、このような全周溶接部の形成は、従来は隙間嵌めあるいは圧入によりプロテクタ１００とプロテクタ装着部９ａとを嵌め合わせ、その状態で溶接部を形成するようにしていた。しかしながら、この方法では、プロテクタ１００とプロテクタ装着部９ａとの寸法管理、特にプロテクタ１００の内径とプロテクタ装着部９ａの外径との差に対する寸法管理を極度に厳しく行わないと良好な溶接接合状態が得られない場合があった。しかしながら、上記構成では、嵌め合わせの段階で多少径差がばらついていても、加締め部８１の形成により密着状態を確保できるので、上記のような厳しい寸法管理は不要となる。その結果、センサの製造能率及び歩留まりが向上する。
【００４５】
なお、プロテクタ１００の開口基端部に、予め周方向の縮径部を例えばプレス加工等により帯状に形成しておき、その状態でその縮径部に主体金具９側のプロテクタ装着部９ａを圧入して、その縮径部に溶接部を形成することにより両者を接合してもよい。縮径部にプロテクタ装着部９ａを圧入することにより、プロテクタ１００の開口側が裾拡がり形態になりにくくなるので、同様に溶接部への欠陥発生確率を低減することができる。
【００４６】
なお、以上説明した本発明のセンサの構造は、酸素センサ以外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯＸセンサなどにも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示す縦断面図。
【図２】図１の、発熱部と酸素検出素子との接触部付近を拡大して示す断面図。
【図３】プロテクタの一例を示す平面図及び正面半断面図、Ａ−Ａ断面図及び底面図。
【図４】プロテクタの組立工程を説明する斜視図。
【図５】プロテクタの第一筒状部と第二筒状部との軸線周りの相対回転を阻止する機構のいくつかの変形例を示す説明図。
【図６】プロテクタの寸法説明図。
【図７】主体金具の寸法説明図。
【図８】プロテクタと主体金具とを、加締め溶接構造部の形成により接合する工程を説明する図。
【図９】図８に続く工程説明図。
【図１０】図９に続く工程説明図。
【図１１】図１０に続く工程説明図。
【符号の説明】
１ 酸素センサ（ガスセンサ）
２ 酸素検出素子
９ 主体金具
９ａ プロテクタ装着部
１０ ケーシング（検出素子収容体）
２５０ 溝部（第二側係合部）
２５１ 係合凸部（第二側係合部）
１００ プロテクタ
１０１ 第一筒状部
１０２ 第二筒状部
１０３ 第一側気体流通孔
１０４ 第二側気体流通孔
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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