JP2000046788A

JP2000046788A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2000046788A
Application number: JP10213650A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishikawa; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックセパレータのケーシングに対する
固定を確実に行うことができてしかも部品点数が少な
く、製造能率の高いガスセンサを提供する。【解決手段】酸素センサ（ガスセンサ）１は、軸状の
酸素検出素子２と、酸素検出素子２を収容する筒状のケ
ーシング１０と、ケーシング１０に対し同軸的に設けら
れるとともに、複数のリード線挿通孔７２が軸方向に貫
通して形成されるセラミックセパレータ１８とを備え
る。そして、セラミックセパレータ１８と当接する主筒
１４（ケーシング１０）の後方側開口端面部（ケーシン
グ側支持部）９０には、緩衝支持凸部が開口周方向に沿
って複数形成されている。セラミックセパレータ１８を
その緩衝支持凸部に対して軸方向において相対的に押し
付けることにより各緩衝支持凸部を、それぞれその押し
付け方向に圧縮変形させた状態で、セラミックセパレー
タ１８をケーシング１０に対して固定するフィルタアセ
ンブリ１６（セパレータ固定手段）が設けられている。

Description

【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、ＮＯ_Ｘ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】近年、自動車エンジン等の内燃機関にお
いて、その空燃比制御等に使用するための各種ガスセン
サが開発されている。近年では特に、排気ガスによる大
気汚染など環境保護上の問題に対応するために、排気ガ
ス中の酸素濃度を検出するための酸素センサについて
も、とりわけ高性能で長寿命のものに対する需要が高ま
っている。

【０００３】例えば、このような酸素センサとして代表
的なものには、ＺｒＯ_２等の酸素イオン伝導性固体電解
質により先端部が閉じた中空軸状に形成された酸素検出
素子を筒状のケーシング内に収容し、該酸素検出素子の
先端外面を被検出雰囲気と接触させるとともに、その内
側空間に基準ガスとしての大気を導入して、該検出素子
に生ずる酸素濃淡電池起電力により被検出雰囲気中の酸
素濃度を測定するようにした構造のものが広く使用され
ている。

【０００４】上記酸素センサにおいては、酸素検出素子
あるいはそれを加熱するための発熱体からのリード線を
ケーシングから取り出すための構造として、セラミック
セパレータをケーシング内に配置し、その個別のリード
線挿通孔に各リード線を通すようにしたものが一般的で
ある。このようなセラミックセパレータを使用すること
により、例えばリード線間あるいはリード線に続く端子
部間で短絡が生じることが防止ないし抑制される。

【０００５】ところで、従来の酸素センサにおいては、
例えば外周面にフランジ部を設けたセラミックセパレー
タをケーシング内に挿入し、そのフランジ部とケーシン
グの開口端との間にゴムリングを配置して、さらにその
外側を筒状のカバー部材で被うようにした構造のものが
多い。この場合、例えばカバー部材に段付き部などの支
持部を設け、カバー部材をケーシングに対して軸線方向
に押し付けることにより、セパレータのフランジ部をケ
ーシング端面とカバー部材の支持部との間で挾圧し、そ
の状態でカバー部材をケーシングに対してかしめること
により固定がなされる。このとき、上記ゴムリングは、
その弾性力によりセラミックセパレータをカバー部材と
ケーシングとの間で挾圧保持する力を生じさせて、該セ
パレータのケーシング内でのがたつきを防止する役割を
果たす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造においては、セラミックセパレータ及びケーシングの
いずれとも別体のゴムリングを使用することになるので
部品点数が多く、製造能率が悪い欠点がある。また、ゴ
ムリングを使用するため耐熱性の限度が低く、例えば加
熱冷却のサイクルを繰返した場合にゴムリングが弾性力
を失い、がたつき防止の効果が低下して、衝撃力が作用
したときにセラミックセパレータに割れや欠け等が生じ
たりしやすくなり、ひいては酸素センサの寿命低下につ
ながる問題がある。

【０００７】本発明の課題は、セラミックセパレータの
ケーシングに対する固定を確実に行うことができてしか
も部品点数が少なく、製造能率の高いガスセンサを提供
することにある。

【０００８】

【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、第一の構成
として、軸状をなす検出素子と、検出素子を収容する筒
状のケーシングと、そのケーシングに対し同軸的に設け
られるとともに、該ケーシングの後端側開口端面部に形
成されたケーシング側支持部に当接することによりこれ
に支持され、検出素子からの各リード線がそれぞれ挿通
される複数のリード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成
されたセラミックセパレータとを備え、ケーシング側支
持部には、ケーシングの軸線方向に弾性変形可能な緩衝
支持凸部がその開口周方向に沿って複数形成されてお
り、さらに、セラミックセパレータを緩衝支持凸部に対
して軸線方向において相対的に押し付けることにより各
緩衝支持凸部を、それぞれその押し付け方向に圧縮変形
させた状態で、該セラミックセパレータをケーシングに
対して固定するセパレータ固定手段が設けられている。
なお、本明細書においては、検出素子の軸線方向におい
てその先端部に向かう側を「前方側（先端側）」、これ
と反対方向に向かう側を「後方側（後端側）」とする。

【０００９】上記構成において緩衝支持凸部は、自身の
弾性変形により、セパレータ固定手段とケーシングとの
間で、セラミックセパレータに対する適度な挾圧保持力
を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより
確実なものとする一方、ガスセンサの組立時等において
も、セラミックセパレータに過度な挾圧力が作用するこ
とを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータ
の割れや欠けを防止する役割を果たす。そして、該緩衝
支持凸部はケーシング側支持部として該ケーシングに一
体に構成されるので、従来のガスセンサのようにゴムリ
ング等を別部材として設ける必要がなくなる。その結
果、部品点数が減少してセンサの組立工程が簡略化さ
れ、ひいてはセンサの製造能率を向上させることができ
る。なお、緩衝支持凸部は、例えばケーシングの後端側
開口端面に波形状に形成したり、該端面に軸線方向の切
欠を所定の間隔で入れることにより形成することができ
る。

【００１０】上記第一の構成のセンサは、セラミックセ
パレータに、その外周面から突出するようにセパレータ
側支持部が形成されており、かつ軸線方向において前方
側部分がケーシングの後端部内側に収容されるととも
に、緩衝支持凸部が形成されたケーシング側支持部に対
し、そのセパレータ側支持部が当接する構成とすること
ができる。該セパレータ側支持部は例えばセラミックセ
パレータの周方向に沿うフランジ状に形成できる。そし
て、ケーシングの後端側開口端面部にケーシング側支持
部を形成し、これにセパレータ側支持部を当接させる構
成とすることができる。これにより、セラミックセパレ
ータは、ケーシングに対しその開口部から挿入するだけ
で組付けを極めて簡単に行うことができる。

【００１１】次に、本発明のガスセンサの第二の構成
は、上記第一の構成と同様のケーシング及びセラミック
セパレータとを備えるとともに、ケーシング側支持部
は、ケーシングとは別体に設けられ、該ケーシングの後
端側開口端面部に結合されるとともに、該ケーシングの
軸線方向に弾性変形可能な金属弾性部材を含んで構成さ
れ、さらに、セラミックセパレータを金属弾性部材に対
して軸線方向において相対的に押し付けることにより該
金属弾性部材を、その押し付け方向に圧縮変形させた状
態で、該セラミックセパレータをケーシングに対して固
定するセパレータ固定手段が設けられていることを特徴
とする。

【００１２】該第二の構成においても、金属弾性部材が
弾性変形することにより、セパレータ固定手段とケーシ
ングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾
圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保
持をより確実なものとすることができる。そして、該金
属弾性部材はケーシングに一体化されるので、部品点数
が減少してセンサの組立工程が簡略化され、ひいてはセ
ンサの製造能率を向上させることができる。他方、金属
弾性部材は、その構成材質が金属であることから耐熱性
に優れ、高温で厳しい使用環境下でもセラミックセパレ
ータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持する
ことができる。

【００１３】セラミックセパレータには、その外周面か
らケーシングの軸線方向に突出してセパレータ側支持部
を形成することができる。この場合、金属弾性部材は、
ケーシングの軸線を周方向に包囲する形態で設けられ、
該ケーシングの後端面とセパレータ側支持部との間で挾
圧されて弾性変形するものとすることができる。これに
より、セラミックセパレータとケーシングとの間で金属
弾性部材をより確実に弾性変形させることができるよう
になり、セラミックセパレータをより安定的に固定する
ことが可能となる。また、セラミックセパレータを、軸
線方向においてセパレータ側支持部よりも前方側部分が
ケーシングの端部内側に収容される構成とすれば、セラ
ミックセパレータは、ケーシングに対しその開口部から
挿入するだけで組付けを極めて簡単に行うことができ
る。

【００１４】上記構成において金属弾性部材は、該金属
弾性部材と一体的に設けられた結合部がケーシングの後
端側開口部の外側又は内側に嵌合することにより、該ケ
ーシングに結合されるものとすることができる。金属弾
性部材がケーシングに対して嵌合固定されるので、セン
サの組立工程を簡略化することができる。

【００１５】他方、金属弾性部材は、該金属弾性部材と
一体的に設けられた結合部がケーシングの後端側開口部
に溶接されることにより、該ケーシングに結合される構
成とすることもできる。この場合、例えば溶接によりケ
ーシングと一体化することが可能である。溶接方法とし
ては、レーザー溶接、あるいはシーム溶接等の抵抗溶接
等を採用することができる。さらに、別の組み付け方法
として、ロウ付けにより一体化することも可能である。
金属弾性部材を溶接によりケーシングと予め一体化して
おくことにより組立て工程が簡略化され、センサの製造
能率を向上させることができる。

【００１６】また、本発明のガスセンサの第三の構成
は、上記第一及び第二の構成と同様のケーシング及びセ
ラミックセパレータとを備えるとともに、そのセラミッ
クセパレータは、その外周面から突出するようにセパレ
ータ側支持部が形成されており、かつ軸線方向において
前方側部分がケーシングの後端部内側に収容されるとと
もに、ケーシングの開口端面部に形成されたケーシング
側支持部に対し、そのセパレータ側支持部が当接してお
り、セパレータ側支持部とケーシング側支持部との間に
は、ケーシングの軸線を周方向に包囲する形態で設けら
れ、セラミックセパレータの前方側部分に外側からはめ
込まれてこれと一体化される金属弾性部材が配置され、
さらに、セラミックセパレータを金属弾性部材に対して
軸線方向において相対的に押し付けることにより、該金
属弾性部材をセパレータ側支持部とケーシング側支持部
との間で挾圧して弾性変形させた状態で、該セラミック
セパレータをケーシングに対して固定するセパレータ固
定手段が設けられていることを特徴とする。

【００１７】該第三の構成においても、金属弾性部材が
弾性変形することにより、セパレータ固定手段とケーシ
ングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾
圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保
持をより確実なものとすることができる。そして、該金
属弾性部材はセラミックセパレータに一体的に組み付け
られるので、部品点数が減少してセンサの組立工程が簡
略化され、ひいてはセンサの製造能率を向上させること
ができる。他方、金属弾性部材は、その構成材質が金属
であることから耐熱性に優れ、高温で厳しい使用環境下
でもセラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に
渡って良好に維持することができる。

【００１８】上記第二及び第三の工程において、金属弾
性部材は、例えば、析出硬化系ステンレス鋼（例えばＳ
ＵＳ６３１）、あるいは機械構造用ばね鋼（例えばＳＵ
Ｐ３，ＳＵＰ４，ＳＵＰ６，ＳＵＰ７，ＳＵＰ９，ＳＵ
Ｐ１０）等を用いて構成することができる。

【００１９】金属弾性部材には、セパレータ側支持部と
の当接面及びケーシング後端面との当接面の少なくとも
一方に、軸線方向の挾圧により弾性変形する緩衝支持凸
部を、周方向に沿って所定の間隔で複数形成することが
できる。緩衝支持凸部を設けることにより、金属弾性部
材を該凸部において効果的に弾性変形させることができ
るようになる。また、周方向に形成される複数の緩衝支
持凸部により、セラミックセパレータに挾圧保持力を均
一に付与することができ、その固定・保持をより確実な
ものとすることができる。より具体的な構成例を挙げれ
ば、セラミックセパレータ及び／又はケーシングの当接
面に対応して、ケーシングの軸線を包囲する環状部分に
金属弾性部材を設け、緩衝支持凸部はその環状部分のセ
ラミックセパレータ及び／又はケーシングとの当接面に
対し、周方向に所定の間隔で形成することができる。

【００２０】他方、金属弾性部材の本体部には、周方向
の尾根部と周方向の谷部とをケーシングの軸線方向にお
いて交互に形成することにより、挾圧により軸線方向に
弾性変形する蛇腹状の弾性変形部を形成することができ
る。これにより、金属弾性部材を蛇腹状の弾性変形部に
おいて効果的に弾性変形させることができるようにな
り、ひいてはセラミックセパレータの固定・保持をより
確実なものとすることができる。

【００２１】上記第一〜第三の構成のガスセンサにおい
ては、ケーシングと同軸的に設けられ、検出素子からの
リード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつケ
ーシングに対し後方側から連結される筒状に形成される
とともに、その内周面の軸線方向中間位置にケーシング
側支持部とは反対側からセパレータ側支持部に対し当接
するカバー側支持部が形成されたカバー部材を設けるこ
とが可能である。この場合、カバー部材は、ケーシング
側支持部を圧縮変形させた状態でケーシングに対し結合
されることにより、セパレータ固定手段を形成すること
となる。このようなカバー部材を設けることにより、セ
ラミックセパレータをより安定的かつ確実に保持・固定
することができる。

【００２２】なお、上記ガスセンサの構成においてカバ
ー部材は、ケーシングとは独立した筒状体としてこれに
ほぼ同軸的に設けられ、検出素子からのリード線が自身
の後方外側へ延びることを許容しつつ、ケーシングに対
し後方側から連結されるフィルタアセンブリとすること
ができる。該フィルタアセンブリは、ケーシングに対し
後方側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとと
もに内部が該ケーシングの内部と連通し、かつ壁部に１
ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部
と、該フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置さ
れ、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタ
とを備えて構成され、それらフィルタ及び気体導入孔を
経て外気がケーシング内に導入される。

【００２３】このように、フィルタを含む気通構造部を
フィルタアセンブリとしてケーシングとは独立に構成
し、これをケーシングに連結・一体化した構成とするこ
とにより、次のような効果が達成される。フィルタアセンブリの組立ては、検出素子などのケー
シング内にへの組付けとは独立に行うことができるの
で、例えば検出素子のリード線が邪魔になったりせず、
組立作業を極めて能率的に行うことができる。ケーシング内への部品の組付けと、フィルタアセンブ
リの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に
向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じて
も、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、
センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等
が生じにくい。

【００２４】

【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
ンサの一実施例としての酸素センサ１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（例えば、Ｙ_２Ｏ_３ないしＣａＯを固溶さ
せたＺｒＯ_２）にて構成されている。なお、以下におい
ては、酸素検出素子２の軸線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。

【００２５】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
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
ように結合された主筒１４、該主筒１４とは反対側から
主体金具９に取り付けられたプロテクタ１１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２
ｂ，２ｃが設けられている。これら電極層２ｂ，２ｃ
は、例えばＰｔ多孔質電極として構成されている。図１
に戻って、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、ここにガス透過口１２を有
するキャップ状のプロテクタ１１が、酸素検出素子２の
先端側（検出部）を所定の空間を隔てて覆うようにが装
着されている。

【００２６】主体金具９の後方側の開口部には、前述の
主筒１４がインシュレータ６との間にリング１５を介し
て加締められ、この主筒１４に筒状のフィルタアセンブ
リ１６（カバー部材）が外側から嵌合・固定されてい
る。このフィルタアセンブリ１６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。

【００２７】次に、図３に示すように、セラミックセパ
レータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するため
の複数のリード線挿通孔７２が軸線方向に貫通して形成
されており、その軸線方向中間位置には、外周面から突
出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形
成されている。そして、該セラミックセパレータ１８
は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部
分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セ
パレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接
するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に
位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置
される。

【００２８】図１に戻り、酸素検出素子２用の一方のリ
ード線２０は、固定金具２３のコネクタ部２４及びこれ
に続く引出し線部２５、並びに固定金具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、別の固定金具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３
５ｂを経て、酸素検出素子２の外側の電極層２ｂ（図
２）と電気的に接続されている。酸素検出素子２は、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は例えばセラミックヒータであり、先端部内部に
発熱部４２が設けられ、ヒータ端子部４０から延びるリ
ード線を経て通電されるようになっている。該発熱体３
は、固定金具２３の発熱体把持部２７により把持され
て、酸素検出素子２の中空部内に保持される。他方、固
定金具２３の内部電極接続部２６は、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、電極層２ｃ（図２）と接触・導通するようになっ
ている。

【００２９】次に、図３に示すように、フィルタアセン
ブリ１６は、主筒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ととも
に、内部が主筒１４の外部と連通し、かつ壁部に複数の
気体導入孔５２が形成されたフィルタ保持部５１を備え
る。そして、そのフィルタ保持部５１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の外側には、壁部に１ないし
複数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、フィ
ルタ５３をフィルタ保持部５１との間で挟み付けて保持
する補助フィルタ保持部５４が配置される。具体的に
は、気体導入孔５２及び補助気体導入孔５５は、フィル
タ保持部５１及び補助フィルタ保持部５４に対し、各軸
線方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向
に沿って所定の間隔で形成されており、フィルタ５３
は、フィルタ保持部５１を周方向に取り囲むように配置
されている。該フィルタ５３は、例えばポリテトラフル
オロエチレンの多孔質体（例えば、ゴアテックス（ジャ
パンゴアテックス（株）の商品名により知られる多孔質
繊維構造体）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。

【００３０】図４に示すように、補助フィルタ保持部５
４には、補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸線方向
両側に、フィルタ５３を介して該補助フィルタ保持部５
４をフィルタ保持部５１に対して結合する環状のフィル
タ加締部５６，５７（以下、単に加締部５６，５７とも
いう）が形成されており、両者の間に挟まれた部分（補
助気体導入孔５５の形成部分）は、加締めによる変形の
影響で外向きに撓んで太鼓状に膨出している。この膨出
により、フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３との
間には、例えば補助気体導入孔５５の列に沿って環状形
態をなすように所定量の隙間５８が形成されている。他
方、補助フィルタ保持部５４の内面にはフィルタ５３が
ほぼ密着する形態となっており、隙間はほとんど形成さ
れていない。なお、フィルタ保持部５１は、自身の軸線
方向中間部に形成された段付き部６０により、該段付き
部６０に関して軸線方向前方側を第一部分６１、同じく
軸線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てお
り、気体導入孔５２はその第二部分６２の壁部に形成さ
れている。

【００３１】図３に戻り、フィルタ保持部５１の先端
側、すなわち第一部分６１において主筒１４（ケーシン
グ１０）に対し外側からこれに重なりを生じるように配
置され、その重なり部においてフィルタ保持部５１を主
筒１４に向けて加締めることにより、それらの周方向に
円環状のケーシング加締部７６が形成される。このケー
シング加締部７６により、フィルタ保持部５１は主筒１
４に対し、内周面が主筒１４の外周面に対して気密状態
となるように圧接されてこれに連結されている。なお、
補助フィルタ保持部５４の外側には、筒状の防護カバー
６４がこれを覆うように設けられている。該防護カバー
６４は、図３に示すように、補助フィルタ保持部５４と
の間に気体滞留空間６５を生じるように配置され、気体
導入孔５２の列を挟んだ両側に加締部６６，６７を形成
することで、フィルタ５３及びフィルタ保持部５１と一
体化されている。そして、図４に示すように、フィルタ
保持部５１の第一部分６１の外周面には、複数の溝状の
外部連通部６９がそれぞれ加締部６６（図３）を横切る
形で形成されており、これを通って気体滞留空間６５に
外気が導かれるようになっている。

【００３２】図３に戻り、フィルタアセンブリ１６のフ
ィルタ保持部５１は、セラミックセパレータ１８の突出
部分を第二部分６２の内側まで進入させてこれを覆うと
ともに、段付き部６０においてセパレータ側支持部７３
に対し、主筒１４とは反対側から補助弾性部材７４を介
して当接するように配置される。他方、図５に示すよう
に、主筒１４（ケーシング１０）の後方側開口端面部を
ケーシング側支持部９０として、緩衝支持凸部１１０が
開口周方向に沿って所定の間隔で複数形成されており、
それぞれセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持
部７３の前端面７３ａ（当接面）と当接している。図５
（ａ）に示すように、本実施例では、主筒１４（ケーシ
ング１０）の後方側開口端縁を内向きに丸める形で曲げ
加工することによりアール状のケーシング側支持部９０
を形成し、そのケーシング側支持部９０の外面に対し波
型の起伏を周方向に形成することにより、その波の各山
部が緩衝支持凸部１１０とされている。

【００３３】なお、該補助弾性部材７４はばね座金、例
えば図１１に示すような波型座金として構成することが
でき、図３に示すようにセラミックセパレータ１８に対
し、セパレータ側支持部７３よりも後端側の部分に外挿
され、フィルタアセンブリ１６の段付き部６０の内面
と、セパレータ側支持部７３の後端面との間に圧縮状態
で配置される。これにより、セラミックセパレータ１８
の固定・保持をより確実なものとできる。ただし、緩衝
支持凸部１１０の弾性変形による保持力にて十分な場合
は、補助弾性部材７４を省略してもよい。

【００３４】フィルタアセンブリ１６の主筒１４に対す
る組付けは以下のようにして行う。すなわち、図１２
（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８に補助
弾性部材７４を外挿し、さらにそのセラミックセパレー
タ１８の先端側を主筒１４に挿入する。一方、フィルタ
アセンブリ１６は図４に示すように予め組み立ててお
き、これを図１２（ａ）に示すように、そのフィルタ保
持部５１においてセラミックセパレータ１８及び主筒１
４の外側から被せる。なお、酸素検出素子２及び発熱体
３等（図１）は主筒１４内に予め組みつけておき、それ
らからのリード線２０，２１等はセラミックセパレータ
１８のセパレータ側リード線挿通孔７２（図３）に通
し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部から外側
に延出した状態にしておく。

【００３５】続いて、図１２（ｂ）に示すように、主筒
１４とフィルタアセンブリ１６とに軸線方向の圧縮力を
付加する。これにより、ケーシング側支持部９０に形成
された各緩衝支持凸部１１０は、フィルタ保持部５１と
セラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３と
の間で圧縮変形し（図５（ｃ）に、破線によりやや誇張
して示している）、セラミックセパレータ１８を主筒１
４とフィルタ保持部５１（の段付き部６０）との間で挟
み付けるための付勢力を発生する。そして、この状態を
維持しつつ、図１２（ｃ）に示すように、フィルタ保持
部５１と主筒１４とにケーシング加締部７６を形成し、
両者を結合する。次いで、図１２（ｄ）に示すように、
フィルタ保持部５１の後端側開口部に弾性シール部材１
７を嵌め入れ、さらに防護カバー６４を被せるととも
に、（ｅ）に示すように加締部６６及び６７を形成して
組立てが終了する。緩衝支持凸部１１０の弾性変形によ
り、フィルタアセンブリ１６とケーシング１０との間
で、セラミックセパレータ１８に対する適度な挟圧保持
力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をよ
り確実なものとすることができる。この場合、フィルタ
アセンブリ１６はケーシング加締部７６とともに、セパ
レータ固定手段を構成している。

【００３６】なお、図５（ｄ）に示すように、ケーシン
グ側支持部９０の外面周方向に沿って、複数の角型状の
緩衝支持凸部１１０を、同じく角型の凹部１１０ａに隔
てられた形で形成するようにしてもよい。

【００３７】また、図６に示すように、アール状に曲げ
返されたケーシング側支持部９０の内縁部に、径方向に
切れ込む複数の切欠部１１１ａを、該内縁周方向に沿っ
て所定の間隔で複数形成し、各隣り合う切欠部１１１ａ
の間に形成される舌状の凸片部を緩衝支持凸部１１１と
してもよい。

【００３８】次に、図７は、ケーシング側支持部９０に
緩衝支持凸部１１０を形成するのに代え、主筒１４（ケ
ーシング１０）とは別体に設けられ、該主筒１４の後端
側開口端面部に金属弾性部材１２０を組み付けた例を模
式的に示している。金属弾性部材１２０は、主筒１４の
軸線Ｏを周方向に包囲するラッパ状の本体部１２０ａ
と、その本体部１２０ａの径小側の開口縁に一体に設け
られ、主筒１４の開口部内側に嵌合する筒状の結合部１
２０ｂとを有している。金属弾性部材１２０は、例え
ば、析出硬化系ステンレス鋼や機械構造用ばね鋼で構成
することができる。

【００３９】図８は、金属弾性部材１２０を用いたセン
サ２００の要部を示す断面図である（この図に現われて
いない部分の構造は、図１のセンサ１と全く同じであ
る）。この構成では、金属弾性部材１２０の本体部１２
０ａが、主筒１４の後端面とセパレータ側支持部７３の
前端面との間で挾圧され、弾性変形するようになってい
る。これにより、セラミックセパレータ１８を、自身と
フィルタ保持部５１（の段付き部６０）との間で挟み付
けて固定するための付勢力を発生する。なお、この実施
例では、図１の補助弾性部材（７４）は省略されてい
る。なお、図７（ｂ）に示すように、金属弾性部材１２
０の結合部１２０ｂは、主筒１４に対しレーザー溶接あ
るいはシーム溶接等で形成された周方向の溶接部９１ａ
により接合するようにしてもよい。

【００４０】なお、図９（ａ）に示すように、金属弾性
部材１２０には、周方向の尾根部１２０ｄと周方向の谷
部１２０ｃとを主筒１４の軸線方向において互い違いに
形成することにより、蛇腹状の弾性変形部１２０ｅ，１
２０ｅを形成することもできる。これら弾性変形部１２
０ｅ，１２０ｅは、セラミックセパレータ１８を金属弾
性部材１２０に対して軸線方向において相対的に押し付
けることにより、主筒１４との間で挾圧されて軸線方向
に弾性変形する。

【００４１】また、図９（ｂ）は、金属弾性部材１２０
を、セラミックセパレータ１８の前方側部分１８ａに外
側から嵌め込みこれと一体化する例を示すものである。
金属弾性部材１２０は、図９（ａ）とほぼ同様に形成さ
れているが、セラミックセパレータ１８の前方側部分１
８ａに予め組み付けた状態で、その結合部１２０ｂが主
筒１４の内側にはめ込まれるようになっている。

【００４２】さらに、図１０（ａ）は、図７の金属弾性
部材１２０の、セパレータ側支持部７３（図８）との当
接面１２０ｈに、軸線方向の挾圧により弾性変形する緩
衝支持凸部１２０ｇを、周方向に沿って所定の間隔で複
数形成した例を示している。この例では、ラッパ状の本
体部１２０ａを、周方向に沿って波型に形成すること
で、その波の山に相当する部分が緩衝支持凸部１２０ｇ
となっている。なお、波型の本体部１２０ａの裏面側
（主筒１４との当接面側）では、表面側にて谷になって
いる部分が山となるため、該表面側とは逆の配置関係で
緩衝支持凸部が同様に形成されることとなる。また、図
１０（ｂ）は、図９に示す金属弾性部材１２０に対し、
セパレータ側支持部７３（図８）との当接面１２０ｈに
同様の緩衝支持凸部１２０ｇを形成した例を示してい
る。

【００４３】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ＮＯ_Ｘ
センサなどにも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての酸素センサの縦断面
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】図１の要部を拡大して示す断面図。

【図４】フィルタアセンブリの正面部分断面図。

【図５】図１のケーシングに形成された緩衝支持凸部の
構成を示す斜視図及びその作用図。

【図６】図５の緩衝支持凸部の変形例を示す斜視図。

【図７】金属弾性部材を設けたケーシングの一実施例を
示す断面図。

【図８】そのケーシングを用いたガスセンサの要部拡大
断面図。

【図９】図７の金属弾性部材の第一の変形例を示す断面
図。

【図１０】同じく第二の変形例を示す断面図。

【図１１】補助弾性部材の一例を示す図。

【図１２】フィルタアセンブリのケーシングへの組付け
工程を示す説明図。

【符号の説明】

１，２００酸素センサ（ガスセンサ）２酸素検出素子（検出素子）１０ケーシング１６フィルタアセンブリ（セパレータ固定手段）１８セラミックセパレータ２０，２１リード線５１フィルタ保持部（カバー部材）６０段付き部（カバー側支持部）７２リード線挿通孔７３セパレータ側支持部９０ケーシング側支持部１１０，１１１，１２０ｇ緩衝支持凸部１２０金属弾性部材１２０ｂ結合部１２０ｃ谷部１２０ｄ尾根部１２０ｅ弾性変形部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸状をなす検出素子と、前記検出素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該
ケーシングの後端側開口端面部に形成されたケーシング
側支持部に当接することによりこれに支持され、前記検
出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリ
ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
クセパレータとを備え、前記ケーシング側支持部には、ケーシングの軸線方向に
弾性変形可能な緩衝支持凸部がその開口周方向に沿って
複数形成されており、さらに、前記セラミックセパレータを前記緩衝支持凸部
に対して軸線方向において相対的に押し付けることによ
り各緩衝支持凸部を、それぞれその押し付け方向に圧縮
変形させた状態で、該セラミックセパレータを前記ケー
シングに対して固定するセパレータ固定手段が設けられ
ていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】前記セラミックセパレータは、その外周
面から突出するようにセパレータ側支持部が形成されて
おり、かつ軸線方向において前方側部分が前記ケーシン
グの後端部内側に収容されるとともに、前記緩衝支持凸
部が形成された前記ケーシング側支持部に対し、そのセ
パレータ側支持部が当接している請求項１記載のガスセ
ンサ。
【請求項３】軸状をなす検出素子と、前記検出素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該
ケーシングの後端側開口端面部に形成されたケーシング
側支持部に当接することによりこれに支持され、前記検
出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリ
ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
クセパレータとを備え、前記ケーシング側支持部は、前記ケーシングとは別体に
設けられ、該ケーシングの後端側開口端面部に結合され
るとともに、該ケーシングの軸線方向に弾性変形可能な
金属弾性部材を含んで構成され、さらに、前記セラミックセパレータを前記金属弾性部材
に対して軸線方向において相対的に押し付けることによ
り該金属弾性部材を、その押し付け方向に圧縮変形させ
た状態で、該セラミックセパレータを前記ケーシングに
対して固定するセパレータ固定手段が設けられているこ
とを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】前記セラミックセパレータには、その外
周面から前記ケーシングの軸線方向に突出してセパレー
タ側支持部が形成され、前記金属弾性部材は、前記ケーシングの軸線を周方向に
包囲する形態で設けられ、該ケーシングの後端面と前記
セパレータ側支持部との間で挾圧されて弾性変形する請
求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】前記金属弾性部材は、該金属弾性部材と
一体的に設けられた結合部が前記ケーシングの後端側開
口部の外側又は内側に嵌合することにより、該ケーシン
グに結合されている請求項４記載のガスセンサ。
【請求項６】前記金属弾性部材は、該金属弾性部材と
一体的に設けられた結合部が前記ケーシングの後端側開
口部に溶接されることにより、該ケーシングに結合され
ている請求項４記載のガスセンサ。
【請求項７】軸状をなす検出素子と、前記検出素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該
ケーシングの後端側開口端面部に形成されたケーシング
側支持部に当接することによりこれに支持され、前記検
出素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリ
ード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミッ
クセパレータとを備え、そのセラミックセパレータは、その外周面から突出する
ようにセパレータ側支持部が形成されており、かつ軸線
方向において前方側部分が前記ケーシングの後端部内側
に収容されるとともに、前記ケーシングの開口端面部に
形成された前記ケーシング側支持部に対し、そのセパレ
ータ側支持部が当接しており、前記セパレータ側支持部と前記ケーシング側支持部との
間には、前記ケーシングの軸線を周方向に包囲する形態
で設けられ、前記セラミックセパレータの前記前方側部
分に外側からはめ込まれてこれと一体化される金属弾性
部材が配置され、さらに、前記セラミックセパレータを
前記金属弾性部材に対して軸線方向において相対的に押
し付けることにより、該金属弾性部材を前記セパレータ
側支持部と前記ケーシング側支持部との間で挾圧して弾
性変形させた状態で、該セラミックセパレータを前記ケ
ーシングに対して固定するセパレータ固定手段が設けら
れていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】前記金属弾性部材には、前記セパレータ
側支持部との当接面及び前記ケーシング後端面との当接
面の少なくとも一方に、前記軸線方向の挾圧により弾性
変形する緩衝支持凸部が、周方向に沿って所定の間隔で
複数形成されている請求項４ないし７のいずれかに記載
のガスセンサ。
【請求項９】前記金属弾性部材には、周方向の尾根部
と周方向の谷部とを前記ケーシングの軸線方向において
交互に形成することにより、前記挾圧により前記軸線方
向に弾性変形する蛇腹状の弾性変形部が形成されている
請求項４ないし７のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項１０】前記ケーシングと同軸的に設けられ、
前記検出素子からのリード線が自身の後方外側へ延びる
ことを許容しつつ前記ケーシングに対し後方側から連結
される筒状に形成されるとともに、その内周面の軸線方
向中間位置に前記ケーシング側支持部とは反対側から前
記セパレータ側支持部に対し当接するカバー側支持部が
形成されたカバー部材が設けられ、そのカバー部材は、前記ケーシング側支持部を圧縮変形
させた状態で前記ケーシングに対し結合されることによ
り、前記セパレータ固定手段を形成している請求項１な
いし９のいずれかに記載のガスセンサ。