JP2003279530A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタを、外筒の後端開口部に嵌挿される
外筒蓋の通気孔に容易かつ安価に取付可能なガスセンサ
を提供する。 【解決手段】 ガスセンサとしての酸素センサ１は、外
筒１３を上部から閉塞するゴム製の外筒蓋３０に、外筒
１３内に大気を取り込むための通気孔３１を備えてい
る。そして、この通気孔３１には、所定の境界で拡径さ
れた管状部材５１と、撥水及び撥油性を備えたシート状
のフィルタ５３と、Ｏリング５５とからなるフィルタユ
ニット５０が嵌挿されている。大径部の上方端部は曲げ
加工により折曲されており、この折曲部は、大径部と小
径部との間に形成された段部との間でフィルタ５３及び
Ｏリング５５を挟持している。つまり、フィルタ５３
が、管状部材５１の内側に配置されている。このフィル
タユニット５０では、フィルタサイズが通気孔３１と同
程度で済み、更には、簡単にフィルタ５３を外筒蓋３０
の所定位置に取り付けることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素イオン伝導性
固体電解質体の表面に一対の電極が形成された検出素子
を備え、被測定ガスの濃度を検出するガスセンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、混合ガス中から特定のガス成
分の濃度を検出するガスセンサとしては、ＨＣセンサや
ＮＯｘセンサ等様々な種類のものが知られているが、そ
の内の一つとして、酸素イオン伝導性の固体電解質体か
らなる検出素子を備えた酸素センサが知られている。

【０００３】図１０に示すように、一般的な酸素センサ
１０１の検出素子１０２は、固体電解質体により先端側
が閉塞され後端側が開口された有底筒状体の内外表面
に、内側電極１０２ａと、外側電極１０２ｂと、が形成
された構成にされており、酸素センサ１０１は、検出素
子１０２の外側の被測定ガスと、筒状体の内部空間１０
２ｃに充満する基準ガスとしての大気と、の濃度差によ
って電極間に生じる起電力により、被測定ガスの酸素濃
度を検出する。

【０００４】このような原理で被測定ガスの酸素濃度を
検出する酸素センサ１０１は、主体金具１１１の軸方向
に形成された貫通孔１１２の先端側から検出素子１０２
の先端部を被測定ガスに晒させるように、該検出素子１
０２を主体金具１１１にて保持し、周囲の粉塵や、水、
油、飛石等から保護するために、外筒１１３にて検出素
子を覆うようにしている。また、酸素センサ１０１は、
外筒１１３の後端開口部をゴム製のシール部材である外
筒蓋１３０によって閉塞している。

【０００５】ただし、完全な閉塞状態では、酸素センサ
１０１内部に収容された検出素子１０２の内部空間１０
２ｃに、十分な大気（基準ガス）を送り込むことができ
なくなってしまうので、この種の酸素センサ１０１の外
筒蓋１３０に、通気孔１３１を設けたものが知られてい
る。

【０００６】この通気孔１３１には、水の外筒１１３内
部への侵入を防ぎつつ、大気を選択的に外筒１１３内部
に導入するための通気性及び撥水性を有するフィルタ１
５３が、通気孔１３１を塞ぐようにして設けられている
（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

【０００７】

【特許文献１】特開２０００−１９３６３２号（第３図
参照）

【特許文献２】特開２００１−２０８７２４号（第１図
参照）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した特
許文献に記載の酸素センサでは、通気孔内面全体にフィ
ルタが接するように他部材を用いてフィルタを固定する
ことによって、通気孔をフィルタで塞いでいたため、セ
ンサの製造コストが高くなってしまったり、センサの製
造過程でフィルタが破損してしまうことがあった。

【０００９】つまり、上述した特許文献に記載の酸素セ
ンサでは、図１１に示すように、シート状のフィルタ１
５３を、筒状の挿入部材１５１に被せて、これを前方
（主体金具側）から通気孔１３１内部に押し込むことに
より、通気孔１３１内面にフィルタ１５３を接触させつ
つ、該通気孔１３１をフィルタ１５３で塞いでいた。そ
のために、通気孔１３１に挿入部材１５１を押し込む過
程で、フィルタ１５３が、挿入方向とは反対方向に引っ
張られ、破れてしまうことがあった。

【００１０】また、このような方法で通気孔１３１をフ
ィルタ１５３にて塞ぐ場合には、フィルタ１５３を挿入
部材１５１の外部に配置させて、通気孔１３１内面と挿
入部材１５１の外周面との間で挟持させて固定させる設
計上、通気孔１３１の径より十分大きいサイズのフィル
タ１５３を用意しなければならないため、製造コストが
高くなり、無駄が多かった。

【００１１】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、簡単で安価にフィルタを通気孔に取り付け可
能なガスセンサを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、酸素イオン伝導
性固体電解質体の表面に一対の電極が形成された検出素
子と、軸方向に形成された貫通孔を有すると共に、その
貫通孔の先端側から検出素子の先端部を被測定ガスに晒
すようにして、検出素子を貫通孔内に保持する主体金具
と、主体金具の後端側に設けられ、検出素子を内部に収
容する外筒と、その外筒の後端開口部に嵌挿されると共
に、自身の後端面から先端面に向けて貫通し、外筒の内
部と外部との気体の流通経路となる通気孔を有する外筒
蓋と、を備えたガスセンサに、ガスセンサ本体とは別体
で形成したフィルタユニットを設けている。

【００１３】フィルタユニットは、外筒蓋の通気孔に嵌
挿される管状部材と、その管状部材の内側に配置され、
その管状部材の内側に固定された通気性及び撥水性を有
するフィルタと、を備えており、外筒蓋の通気孔に嵌挿
されて通気孔をフィルタで閉塞する構成にされている。

【００１４】このように構成されたガスセンサにおいて
は、管状部材の内側（内部）でフィルタを固定するフィ
ルタユニットを用いることから、そのフィルタユニット
を外筒蓋の通気孔に嵌挿すれば簡単に通気孔をフィルタ
で閉塞することができる。換言すると、本発明において
は、フィルタユニットを通気孔に取り付けることで、簡
単に、ガスセンサを、フィルタの機能によって通気孔か
ら水滴や粉塵等が外筒内部に侵入するのを防止しつつ、
外筒の内部と外部とで気体の流通が可能な構成にするこ
とができる。したがって、本発明のガスセンサにおいて
は、製品の生産性を向上させることができる。

【００１５】また従来のガスセンサにおいては、フィル
タを挿入部材の外部にセットして直接通気孔内に押し込
むようにして外筒蓋に装着する方法を採用していたた
め、挿入途中でフィルタが損傷してしまうことがあった
が、本発明においては、予め管状部材内側にフィルタを
装着させているので、フィルタユニット嵌挿時にフィル
タを破損させなくて済む。したがって、本発明のガスセ
ンサにおいては、製品の製造コストを抑えることがで
き、フィルタの信頼性ひいてはガスセンサの信頼性を向
上させることができる。

【００１６】ところで、このように別体でフィルタユニ
ットを構成すると、フィルタユニットを単に外筒蓋に嵌
挿して取り付けるだけでは、取付後においてガスセンサ
が振動を受けたりすることによって、フィルタユニット
が通気孔から抜け出てしまう可能性がある。したがっ
て、フィルタユニットが外筒蓋から抜け出てしまうのを
防止するためには、例えば接着剤等でフィルタユニット
を外筒蓋に固定するのがよい。

【００１７】ただし、接着剤は時間が経過するとその性
能が低下するため、長期間しっかりとフィルタユニット
を外筒蓋に固定することができない可能性がある。この
ため、請求項１に記載のガスセンサにおいては、請求項
２に記載のように、管状部材に、外筒蓋の先端部（主体
金具側）に係止する第一係止部と、外筒蓋の後端部（主
体金具とは反対側）に係止する第二係止部とを設けるの
が良い。

【００１８】請求項２に記載のガスセンサにおいては、
フィルタユニットが、第一係止部及び第二係止部によっ
て通気孔の両開口部側から外筒蓋を挟み込むようにして
自身を外筒蓋に固定するため、接着剤等を用いる場合よ
りも確実にフィルタユニットの抜けを防止することが可
能である。

【００１９】この他、フィルタユニット内において、フ
ィルタは、管状部材の内側であればどの位置に固定され
ていてもよく、またフィルタの通気孔に対する配置位置
についても、ガスセンサの取り付け位置や使用環境を考
慮して適宜設定すればよい。具体的には、請求項３に記
載のように、フィルタが、外筒蓋の通気孔より後端側に
配置されるように、管状部材に固定されるようにしても
よい。このようにフィルタを外筒蓋の通気孔より後端側
に配置させることにより、フィルタ上面（ガスセンサの
後端側に位置することになる面）は、外筒蓋の後端面
（主体金具とは反対側に位置する面）よりも後方側に位
置することになるため、ガスセンサ使用時にフィルタ上
面に水が溜まってしまったり、埃が堆積したりすること
を効果的に抑制することができる。

【００２０】ただし、フィルタを外筒蓋の通気孔より後
端側に配置するように管状部材に固定させた場合、フィ
ルタ上面に水が溜まることを抑制することができる反
面、飛石等によるフィルタの破損の危険が増すことにな
る。そこで、請求項４に記載のように、フィルタが、外
筒蓋の通気孔内に配置されるように、管状部材に固定さ
れるようにしてもよい。このように、フィルタを外筒蓋
の通気孔内に配置させることにより、フィルタ上面は、
外筒蓋の後端面よりも前方側に位置することになるた
め、飛石等がフィルタに当たることを有効に防ぐことが
でき、フィルタの破損を効果的に抑制することができ
る。

【００２１】ただし、フィルタを外筒蓋の通気孔内に配
置させた場合には、飛石等によるフィルタの破損を抑制
することができる反面、上述したようにフィルタ上面へ
の水等が溜まることが懸念される。そこで、フィルタ上
面に水等が溜まる問題、および飛石等によるフィルタの
破損問題の両者を解決するガスセンサの構造として、請
求項５に記載のように、フィルタが、外筒蓋の通気孔内
に配置されるように管状部材に固定される構成（上述し
た請求項４に記載の構成）を前提にしつつ、外筒蓋の後
端面に、一端側が通気孔に連通し、他端側が外筒蓋の側
壁面に開放する溝部を形成し、フィルタを、溝部の最深
部よりも後端側に配置させるように構成するとよい。

【００２２】すなわち、本発明（請求項５）のガスセン
サでは、フィルタを外筒蓋の通気孔内に配置させること
により、上述したようにフィルタよりも高い位置に外筒
蓋の後端面が位置することから、フィルタの飛石等によ
る破損を防止することができる。加えて、本発明（請求
項５）のガスセンサでは、外筒蓋の後端面において、一
端側（内側）が通気孔に連通し、他端側（外側）外筒蓋
の側壁面に開放する溝部を設け、この溝部の最深部より
も後端側にフィルタを配置させることによって、フィル
タ上に水等がかかった場合にも、この水をフィルタより
も低い位置にある溝部を介して外筒蓋の径方向外側に排
出することが可能となる。つまり、フィルタを基準にし
て、外筒蓋の後端面を高い位置に配置させつつ、上記溝
部の最深部を低い位置に配置させることによって、フィ
ルタ上面に水等が溜まる問題、および飛石等によるフィ
ルタの破損問題の両者を一挙に解決することができる。
なお、溝部の形状は特に限定されず、断面形状において
Ｕ字状やＶ字状に形成することができる。

【００２３】上記溝部については、請求項６に記載のよ
うに、外筒蓋は、検出素子と電気的に接続するリード線
を挿通するためのリード線用貫通孔を複数有しており、
外筒蓋の後端面において、溝部がリード線用貫通孔と干
渉しない位置に複数形成されているとよい。つまり、外
筒蓋の限られた堆積を有効活用して溝部を形成すること
によって、フィルタ上面にかかる水等を、溝部を介して
効率良く外筒蓋の径方向外側に向かって排出することが
可能となる。

【００２４】また、フィルタとしては、請求項７に記載
のように、撥油性を兼ね備えたフィルタを用いるのが良
い。通気孔を水密に塞ぐためには、上記フィルタとし
て、撥水性のフィルタを用いればよいが、撥水性のフィ
ルタは、油が付着するとその撥水性を十分に発揮できな
くなってしまう。このような問題に鑑み、請求項７に記
載のガスセンサでは、フィルタに撥油処理を施すなどし
て撥油性を持たせるようにしている。特に、車両用のガ
スセンサ等は油に汚染される可能性があるので、このよ
うにフィルタユニットに撥油性のフィルタを用いれば、
長期に渡ってフィルタユニットの性能を維持することが
できる。

【００２５】また、本発明のガスセンサにおいては、請
求項７に記載のように、フィルタユニットは、管状部材
の内側において、複数のフィルタが固定された構成とす
るとよい。このように複数のフィルタを管状部材の内側
に設けることにより、最外層に配置されることになるフ
ィルタが万が一破れることがあっても、他のフィルタに
より防水性を維持することができる。なお、複数のフィ
ルタを管状部材の内側に配置させるにあたっては、複数
のフィルタを重ねて、または管状状部材の中心軸線方向
に対して所定の間隔をもって配置させることができる。

【００２６】さらに、本発明のガスセンサにおいては、
請求項８に記載のように、フィルタユニットは、管状部
材の内側において、フィルタを露出させる複数の開口部
を備えた仕切り板が当該フィルタより後端側に固定され
た構成にされているとよい。このようにフィルタの後端
側（換言すれば、フィルタ上面）に複数の開口部を備え
た仕切り板を配置させることにより、飛石等によるフィ
ルタの破損を有効に防止しつつ、外筒内に大気を導入さ
せることが可能となる。

【００２７】この他、フィルタユニット内部を水密に保
持するためには、請求項１０に記載のように、フィルタ
を管状部材の内側で水密に固定するためのシール部材
を、フィルタユニット内部に設けるのが良い。このよう
なシール部材を備えるフィルタユニットをガスセンサの
通気孔に嵌挿すれば、フィルタと管状部材との間の空隙
を介して水滴等がフィルタユニット内部に侵入し、外筒
内部が水滴等で汚染されるのを十分に抑制することがで
き、結果、ガスセンサの性能を長期にわたって維持する
ことが可能である。尚、シール部材は、フィルタ外縁を
管状部材内壁に接着可能な接着剤であってもよいし、Ｏ
リングのようなゴム製シール部材であってもよい。特
に、ゴム製シール部材を用いると、熱がかかった際にゴ
ムが管状部材内壁に接着するから、ガスセンサ内部の気
密対策に有効である。

【００２８】また、フィルタユニットの生産性を考慮す
るならば、例えば、請求項１１に記載のようにガスセン
サを構成するのがよい。請求項１１に記載のガスセンサ
においては、フィルタを管状部材内側の所定位置に固定
するためのフィルタ固定部が管状部材に設けられてお
り、フィルタユニットは、フィルタ及びシール部材とし
てのＯリングを管状部材内側方向に折曲された管状部材
の端部とフィルタ固定部の間で挟持して固定する構成に
されている。

【００２９】このような構成のガスセンサにおいては、
管状部材の内側に形成されるフィルタ固定部に、Ｏリン
グ及びフィルタを重ねるように収納し、この後に、曲げ
加工等で管状部材の端部を当該部材の内側方向に折曲す
ることで、フィルタユニットを完成させることができ、
簡単かつ効率的にフィルタユニットを製造することが可
能である。

【００３０】この他、フィルタユニットは具体的に請求
項１２に記載のように構成されているのがよい。請求項
７に記載のガスセンサにおいては、管状部材を所定の境
界で拡径することにより、管状部材内壁に上記フィルタ
固定部としての段部を形成し、管状部材の拡径された一
端側で上記段部にＯリング及びフィルタを重ねるように
配置して管状部材内側にＯリング及びフィルタを収納し
ている。

【００３１】また、請求項１２に記載のガスセンサにお
いては、一端側の管状部材端部を管状部材内側方向に折
曲することによって、Ｏリング及びフィルタを、フィル
タ固定部としての段部と管状部材端部との間で挟持する
ようにし、これによってＯリング及びフィルタを固定す
るように、フィルタユニットを構成している。

【００３２】このように管状部材の拡径により段部を形
成する方法を採用すると、簡単に管状部材の内側にフィ
ルタ固定部を形成することができる。また拡径により管
状部材に段部を形成すると、段部に対応する管状部材外
壁に、請求項２における第一係止部又は第二係止部を形
成することができるので、フィルタユニット製造時の工
程数を少なくすることができて、フィルタユニットの生
産性を向上させることができる。

【００３３】

【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。

【００３４】図１に示すように、ガスセンサの一つであ
る第一実施例の酸素センサ１は、検出素子２、検出素子
２を適切な温度で動作させるためのセラミックヒータ
３、センサ各部を内側に収容するためのケーシング１
０、などから構成されている。検出素子２は、ＺｒＯ₂
を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先
端が閉じた中空軸状に形成され、更に、内面及び外面に
プラチナ（Ｐｔ）からなる一対の多孔質電極層（内側電
極２ａ，外側電極２ｂ）が形成された構成にされてい
る。また、セラミックヒータ３は、軸状に構成され、検
出素子２の内部空間２ｃに配置されている。

【００３５】一方、ケーシング１０は、検出素子２を保
持するための主体金具１１、検出素子２を含むセンサ内
部を保護するための外筒１３、などから構成されてい
る。主体金具１１は、両端部が開口された中空状に形成
され、中央側壁に凸状の段部１１ａを備えた構成にされ
ている。また、主体金具１１は、軸方向に形成された貫
通孔１１ｂを有しており、その貫通孔１１ｂの先端側か
ら検出素子２の閉じた先端部を後述する管内に充満する
被測定ガスに晒すように突出させ、また貫通孔１１ｂの
後端側から検出素子２の後端部を突出させるようにし
て、貫通孔１１ｂ内にて検出素子２を保持するようにさ
れている。

【００３６】即ち、検出素子２は、主体金具１１に対し
て絶縁性セラミックから形成されたセラミックホルダ１
５，１６とタルクから形成されたセラミック粉末１７と
を介して、検出素子２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保持される。

【００３７】また、主体金具１１の外周には、排気管等
の被測定ガスが充満する管１９の壁面に形成された取付
孔１９ａに螺合可能な取付ねじ部１１ｃが形成されてお
り、主体金具１１は、取付孔１９ａに螺合して酸素セン
サ１を管１９に固定し、検出素子２の先端部を管内側に
配置するようにされている。

【００３８】この他、主体金具１１の先端部には、検出
素子２の先端部を一定の間隔を隔てて覆うように第一プ
ロテクタ２１及び第二プロテクタ２３が取り付けられて
いる。この第一プロテクタ２１及び第二プロテクタ２３
には、被測定ガスをプロテクタ２１，２３内側に導入す
るための複数のガス透過口２１ａ，２３ａが形成されて
いる。

【００３９】また、外筒１３は、円筒状に形成されてお
り、先端開口部が、主体金具１１のうちで管１９より外
側に位置する段部１１ａよりも後方側の部分に外嵌さ
れ、固着されている。この外筒１３は、検出素子２を外
部の水、油、粉塵、飛石等から保護するようにして内部
に収容している。

【００４０】また、外筒１３は、検出素子２より後方側
で、セラミックにより筒状に形成された絶縁性のセパレ
ータ２７を収容している。セパレータ２７は、外周面に
鍔部２７ａを備えており、この鍔部２７ａによって外筒
１３に形成された径方向内側に突出する凸部１３ａに係
止され、外筒１３内部の所定位置に固定されている。ま
た、セパレータ２７は、軸方向に形成された貫通孔を複
数有しており、この貫通孔内に外筒蓋３０を介して外部
から導入されたリード線３５，４１，４７を収容してい
る。

【００４１】外筒蓋３０は、円柱形状のゴム（例えば、
フッ素ゴム）からなり、外筒１３の後端開口部に嵌合さ
れ、外筒１３内部を水、油、粉塵等から保護するシール
部材として機能する。また、この外筒蓋３０は、中心部
に外筒１３内部を軸方向に貫通する通気孔３１を備え、
更に、その通気孔３１の周囲に、リード線を外部から外
筒内部に導入するための複数個（本実施例では４つ）の
リード線用貫通孔３３を備えている。

【００４２】つまり、当該酸素センサ１においては、検
出素子２の内側電極２ａに電気的に接続されるリード線
３５と、検出素子２の外側電極２ｂに電気的に接続され
るリード線４１と、セラミックヒータ３に接続される一
対のリード線４７（図示しない一方のリード線は、図面
前方に配置されている。）と、が各リード線用貫通孔３
３を挿通してセパレータ２７内部に導入されている。

【００４３】尚具体的に、検出素子２用の一方のリード
線３５は、コネクタ部３６、引出し部３７、及び、内部
電極に接触する筒状の内部電極接続部３８、で構成され
る端子金具を経て、検出素子２の内側電極２ａと電気的
に接続され、他方のリード線４１は、コネクタ部４２、
引出し部４３、及び、外部電極接続部４４、で構成され
る端子金具を経て、検出素子２の外側電極２ｂと電気的
に接続されている。

【００４４】また、セラミックヒータ３通電用の一対の
ヒータ用リード線４７は、外筒蓋３０、セパレータ２７
内を通り、セラミックヒータ３の後端部に形成された一
対のヒータ端子部４８に接続され、このヒータ端子部４
８を経て、セラミックヒータ３内に埋設された図示しな
い発熱用抵抗回路に通電されている。

【００４５】次に、外筒蓋３０の通気孔３１に嵌挿され
たフィルタユニット５０の構成について図２を用いて説
明する。尚、図２は、フィルタユニット５０の外筒蓋３
０への取付態様を表す説明図であり、外筒蓋３０に固定
する前のフィルタユニット５０の軸方向に沿う概略断面
図である。

【００４６】フィルタユニット５０は、所定の境界Ａで
拡径された円筒状の管状部材５１、シート状のフィルタ
５３、シール部材としてのＯリング５５、などから構成
されている。管状部材５１は、境界Ａより前方側の（主
体金具側に配置される）小径部５１ａと、境界Ａより後
方側の（主体金具とは反対側に配置される）大径部５１
ｂと、から構成されており、小径部５１ａの外径は、外
筒蓋３０に形成された通気孔３１の内径と略同一寸法に
され、小径部５１ａの軸方向長さは、外筒蓋３０の軸方
向長さと略同一寸法にされている。また、上記拡径によ
り管状部材５１は、境界Ａにおいて、内壁に段部５１ｃ
を備えた構成にされている。

【００４７】一方、フィルタ５３は、水（水滴等）や油
などの液体の透過は阻止し、気体（空気等）の透過は許
容する撥水性及び撥油性を備えた通気性のフィルタから
構成されており、シート状で、外径が管状部材５１の大
径部５１ｂの内径と略同程度の大きさの円状に形成され
ている。

【００４８】尚具体的に、本実施例のフィルタ５３とし
ては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）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撥水性の多孔
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、撥油処理（例えばゴアテック
スのオレオ処理）を施したものが使用されている。

【００４９】ここで、フィルタ５３に撥油処理を施すの
は、本実施例の酸素センサ１が、自動車等の車両内で使
用される場合があるためである。仮に、多孔質繊維構造
体に油が付着すると、これによって多孔質繊維構造体に
付着した水の表面張力が低下するため、フィルタの撥水
性が十分に発揮できない可能性があるが、本実施例のよ
うに、フィルタ５３に撥油処理を施すと、フィルタ５３
の撥水性を十分に発揮させることができ、水滴がフィル
タ５３を透過してしまうのを防止することができる。

【００５０】この他、フィルタユニット５０のＯリング
５５としては、外径が管状部材５１の大径部５１ｂの内
径と略一致するものが用いられている。ところで、本実
施例のフィルタユニット５０は、管状部材５１の段部５
１ｃ上に、Ｏリング５５及びフィルタ５３を、フィルタ
５３が上になるようにして順に収容した後、大径部５１
ｂの後端部を曲げ加工して、大径部中央方向（図２の小
矢印方向）に折曲（折曲部５１ｄ）することによって作
られている。

【００５１】この曲げ加工によって、フィルタユニット
５０は、段部５１ｃと折曲部５１ｄとの間でＯリング５
５及びフィルタ５３を挟持し、これによって、Ｏリング
５５及びフィルタ５３を管状部材５１の内側の所定位置
で固定しつつ、管状部材５１内側の水、油、粉塵等の侵
入口となり得る空隙（例えば、フィルタ５３外縁と管状
部材内壁との間の隙間）を閉塞している。

【００５２】また、本実施例においては、このように構
成されたフィルタユニット５０を、外筒蓋３０の通気孔
３１に挿入した後、小径部５１ａの先端を外筒蓋３０先
端で径方向外側に向かって曲げ加工することによって、
外筒蓋３０に固定している。尚、図３は、曲げ加工後の
フィルタユニット５０の構成を示したフィルタユニット
５０及び外筒蓋３０の概略断面図である。

【００５３】この曲げ加工後において、フィルタユニッ
ト５０は、境界Ａでの径の変化にともなって形成される
管状部材５１の段部５１ｃ（第二係止部）の外面５１ｅ
で外筒蓋３０の後端部に係止され、曲げ加工によってフ
ィルタユニット５０先端に形成される折曲部５１ｆ（第
一係止部）によって、外筒蓋３０の先端部に係止され
る。

【００５４】また、本実施例においては、上述のように
して外筒蓋３０にフィルタユニット５０を固定した後、
各リード線３５，４１，４７を各リード線用貫通孔３３
に通しつつ、外筒蓋３０を外筒１３の後端開口部に嵌合
し、嵌合後に外筒１３側面を径方向内側に向かって曲げ
加工を加えることによって、その外筒蓋３０を外筒１３
の後端部内側に固定している。これにより、外筒１３と
外筒蓋３０との境界及び各リード線と外筒蓋３０の各リ
ード線用貫通孔３３との境界は、外筒蓋３０の弾性によ
って閉塞されて、外筒１３内部は外部から水密に隔離さ
れる。

【００５５】また一方で、被測定ガスの酸素濃度測定に
必要な基準ガスとしての大気は、通気孔３１に装着され
たフィルタユニット５０を介して、図４に示す矢印のよ
うに外筒１３内部に導入され、検出素子２内壁とセラミ
ックヒータ３との間の隙間を介して、その検出素子２の
内部空間２ｃに供給される。尚、図４は、酸素センサ１
の上部を拡大して表した概略断面図である。

【００５６】以上、第一実施例の酸素センサ１について
説明したが、この酸素センサ１においては、予めフィル
タ５３を管状部材５１の内側に固定したフィルタユニッ
ト５０を別体で形成し、この後にフィルタユニット５０
を通気孔３１に嵌挿する方法で、通気孔３１をフィルタ
５３で塞ぐため、従来のような通気孔３１にフィルタを
挿入部材の外側に配置させつつ挿入する構成であるが故
にフィルタが破れてしまうといった問題を解消すること
ができるし、装着が簡単であるので酸素センサ１の生産
性を向上させることができる。

【００５７】また、ガスセンサにはリード線が５本のも
のなど種々のタイプがあるが、第一実施例のようにフィ
ルタユニット５０を別体で製造しておくと、異なるタイ
プのガスセンサにおいても通気孔３１のサイズを合わせ
ておけば、フィルタユニット５０をそのガスセンサに容
易に流用することが可能である。したがって、第一実施
例のようにフィルタユニット５０を通気孔３１に嵌挿す
る方法を採用すれば、ガスセンサの製造コストを抑える
ことができる。

【００５８】この他、第一実施例では、Ｏリング５５の
弾性力でフィルタ５３を折曲部５１ｄと段部５１ｃとの
間で挟持することにより、フィルタ５３を管状部材５１
の大径部５１ｂ内で固定する方法を採用しているため、
フィルタ５３の径を通気孔３１の径より若干大きくして
おく程度で、通気孔３１を塞ぐようにしてフィルタ５３
を管状部材５１内部にしっかりと固定することが可能で
ある。したがって、本実施例の酸素センサ１において
は、高価なフィルタ５３の使用量を抑えることができ
て、酸素センサ１の製造コストを抑えることができる。

【００５９】また第一実施例においては、Ｏリング５５
がフィルタ５３の外縁側からの水滴等の侵入を阻止する
役割を果たすため、フィルタユニット５０内部を水密に
維持することが可能で、長期に渡り、外筒１３内部を水
滴や油、粉塵等から保護することが可能である。

【００６０】また、酸素センサ１では、フィルタユニッ
ト５０を段部５１ｃの外面５１ｅと折曲部５１ｆとによ
り外筒蓋３０にしっかりと固定しているため、フィルタ
ユニット５０が外筒蓋３０から抜け落ちてしまうのを十
分に抑制することができる。この他、酸素センサ１で
は、大径部５１ｂが通気孔３１より後方側の外側に配置
されているため、大径部５１ｂ内のフィルタ５３近傍に
は埃が溜まりにくく便利である。つまり、この酸素セン
サ１においては、埃が蓄積してフィルタ５３の通気性を
悪化させることを防止することができる。

【００６１】次に、第二実施例の酸素センサ６１の要部
構成について図５を示しつつ説明する。尚、図５は、第
二実施例の酸素センサ６１の上部構成を概略的に表した
断面図である。また、以下では、第一実施例の酸素セン
サ１と構成の異なる部分について述べることとし、同一
構成の各部の説明については省略することとする。

【００６２】図５に示すように、第二実施例の酸素セン
サ６１においては、フィルタユニット７０の軸方向の長
さを外筒蓋６３の軸方向の長さと略同一にし、外筒蓋６
３の通気孔６５をフィルタユニット７０の外形に合わせ
て所定の境界より上方で拡径し、管状部材７１の小径部
７１ａのみならず大径部７１ｂを通気孔６５内に収容す
るようにしている。

【００６３】即ち、第二実施例において、外筒蓋６３の
通気孔６５は、内径が管状部材７１の大径部７１ｂの外
径と略同一寸法にされた大径部６５ｂと、内径が管状部
材７１の小径部７１ａの外径と略同一寸法にされた小径
部６５ａと、から構成されている。

【００６４】また、フィルタユニット７０の管状部材７
１は、通気孔６５の大径部６５ｂに嵌合する大きさの大
径部７１ｂと、通気孔６５の小径部６５ａに嵌合する大
きさの小径部７１ａと、からなり、フィルタユニット７
０は、曲げ加工により上端に形成された折曲部７１ｄ
と、大径部７１ｂと小径部７１ａとの境界に形成された
段部７１ｃとの間となる大径部７１ｂ内側にＯリング５
５及びフィルタ５３を収容した構成にされている。

【００６５】このような構成のフィルタユニット７０
は、外筒蓋６３の後端側から通気孔６５内に嵌挿され、
この嵌挿後に、先端部が通気孔６５の径方向外側に向か
って曲げ加工されて、外筒蓋６３に固定される。尚、こ
の状態において、フィルタ５３は、外筒蓋６３の後端面
と略同一位置に固定される。

【００６６】以上に説明した第二実施例における酸素セ
ンサ６１は、フィルタユニット７０の略全体を通気孔６
５に収容する構成のため、この酸素センサ６１によれ
ば、フィルタユニット７０が外筒蓋６３より突出するの
を解消することができて、酸素センサ６１を小型化する
ことができる。

【００６７】この他、第二実施例における酸素センサ６
１は、図６に示す酸素センサ８１のように変形すること
が可能である。尚、図６は、酸素センサ８１の要部構成
を概略的に表した説明図である。図６に示す酸素センサ
８１は、上記第二実施例の酸素センサ６１の通気孔小径
部６５ａの径を小さくし（通気孔６５’の小径部６５
ａ’）、これに合わせて、フィルタユニット７０の小径
部７１ａの径を小さくした（管状部材７１’の小径部７
１ａ’）ものである。

【００６８】この変形例から理解できるように、上記構
成のフィルタユニット７０’では、外筒蓋６３の通気孔
小径部６５ａ’が小さい場合でも、フィルタ５３のサイ
ズを大きいままにしておくことができるので、通気孔小
径部６５ａ’を小さくすることにより基準ガスの通気量
が悪くなるのをある程度抑制することができる。換言す
ると、通気孔を小さくしてもなお通気量を確保すること
ができる。

【００６９】したがって、このようなフィルタユニット
７０’を使用する場合においては、酸素センサ８１の設
計過程において、通気孔６５'のサイズを従来より自由
に設定することができる。尚、上述したように、本発明
のガスセンサにおけるフィルタユニットの第一係止部
は、フィルタユニット５０の折曲部５１ｆに相当し、第
二係止部は、フィルタユニット５０の段部５１ｃの外面
５１ｅに相当する。

【００７０】また、本発明のガスセンサは、上記実施例
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。例えば、上記実施例においては、フィルタ５３
を、外筒蓋３０の後方側で、管状部材５１の内側に配置
するようにしたが、フィルタ５３を外筒蓋３０の前方
（先端）側に配置してもよい。

【００７１】この他、本実施例においては、フィルタユ
ニット５０，７０，７０’内においてＯリング５５を一
つ配置しただけであるが、例えば、段部５１ｃ側と折曲
部５１ｄ側にＯリングをそれぞれ配置し、大径部５１ｂ
内においてフィルタ５３を一対のＯリングで挟み込むよ
うにしてもよい。このようにすれば、フィルタユニット
５０，７０，７０’のシール性を一層高めることが可能
である。

【００７２】また、本発明を図１０に示した従来の酸素
センサ１０１に適用することも可能である。さらに、本
実施例では、検出素子２を先端が閉じた中空軸状の有底
筒状体としたが、板状に形成された酸素イオン導電性固
体電解質体の表面に一対の電極が形成されたタイプを用
いることもできる。その他に、一対の電極が形成された
板状の酸素イオン伝導性固体電解質体に対し、板状のセ
ラミックヒータが一体に設けられた検出素子を用いても
よい。

【００７３】さらに、第三実施例の酸素センサ９１につ
いて、図７及び図８を参照しつつ説明する。なお、図７
は第三実施例の酸素センサ９１の上部構造を概略的に表
わした断面図であり、図８は第三実施例の酸素センサ９
１において、（ａ）フィルタユニット１００を有する外
筒蓋８３を後端面９３側からみた斜視図、および（ｂ）
フィルタユニット１００を有する外筒蓋８３を先端面９
５側からみた平面図である。また、以下では、第一実施
例および第二実施例の酸素センサ１、６１と異なる部分
について述べることとし、同一構成の各部についての説
明は省略することとする。

【００７４】図７に示すように、第三実施例の酸素セン
サ９１においては、フィルタユニット１００の軸方向の
長さを外筒蓋８３の軸方向の長さよりも短く設定すると
共に、外筒蓋８３の通気孔８５をフィルタユニット１０
０の外形に合わせて所定の境界より上方で拡径して、管
状部材１０１の小径部１０１ａのみならず大径部１０１
ｂを通気孔８５内に収容するようにしている。

【００７５】即ち、第三実施例において、外筒蓋８３の
通気孔８５は、内径が管状部材１０１の大径部１０１ｂ
の外径と略同一寸法に形成された大径部８５ｂと、内径
が管状部材１０１の小径部１０１ａの外径と略同一寸法
に形成された小径部８５ａと、から構成されている。通
気孔８５の大径部８５ｂの軸方向長さは、管状部材１０
１の大径部１０１ｂの軸方向長さよりも大きく設定され
ており、フィルタユニット１００のフィルタ１０３上面
（図７において上側に位置する面）が外筒蓋８３の後端
面９３よりも前方側に配置されている。

【００７６】なお、この第三実施例では、フィルタユニ
ット１００（管状部材１０１）の先端に形成されて、外
筒蓋８３の先端部に係止される折曲部１０１ｆが、第一
実施例および第二実施例とは異なっている。即ち、第１
実施例および第二実施例においては、管状部材５１の先
端側を径方向外側に向かって拡径するようにして折曲部
５１ｆを形成していた。一方、本第三実施例において
は、図８（ｂ）に示すように、管状部材１０１の先端側
に径方向外側に向かって折り曲げたときに、十字形態を
なして外筒蓋８３の先端部（先端面９５）に係止される
折曲部１０１ｆが、管状部材１０１の先端側に形成され
ている。

【００７７】このような構成のフィルタユニット１００
は、外筒蓋８３の後端側から通気孔８５内に嵌挿され、
この嵌挿後に、管状部材１０１の先端側に位置する４本
の折曲部１０１ｆを径方向外側に向かって十字形態をな
すように折り曲げることで、外筒蓋８３に固定される。

【００７８】また、第三実施例においては、外筒蓋８３
の後端面９３に、図８（ａ）に示すように、一端側（内
側）が通気孔８５に連通し、他端側（外側）が外筒蓋８
３の側壁面９７に開放する溝部８７がリード線用貫通孔
３３と干渉しない位置に十字形態で複数形成されてい
る。なお、フィルタ１０３は、この溝部８７の最深部８
９よりも後端側に位置するように配置されている。すな
わち、この第三実施例の酸素センサ９１では、上述した
ようにフィルタユニット１００におけるフィルタ１０３
上面が外筒蓋８３の後端面９３よりも前方側に配置され
る形状であるために、飛石等によるフィルタ１０３の破
損を効果的に抑制することができると共に、フィルタ１
０３の上面に水等がかかったとしても、この水を、溝部
８７を介して外筒蓋８３の径方向外側に排出することが
可能となる。

【００７９】よって、この第三実施例における酸素セン
サ９１は、フィルタ１０３を外筒蓋８３の後端面９３よ
り前方側に配置させたフィルタユニット１００を備える
ので、フィルタ１０３が飛石等によって破損することを
有効に抑制することができる。さらに、外筒蓋８３の後
端面９３に上記溝部８７を形成したことによって、フィ
ルタ１０３を外筒蓋８３の後端面９３より前方側に配置
させた場合にも、フィルタ１０３の上面に水や埃等が溜
まるのを有効に抑制することができる。

【００８０】なお、第三実施例においては、フィルタ１
０３が、第１フィルタ１０３ａ、第２フィルタ１０３ｂ
の複数枚（２枚）から構成されており、この複数枚のフ
ィルタ１０３ａ、１０３ｂが共に管状部材１０１の内側
に配置された構成となっている。具体的には、フィルタ
１０３ａ、１０３ｂはＯリング５５を介して対向して管
状部材１０１の内側に配置されており、このフィルタ１
０３ａ、１０３ｂ及びＯリング５５が段部５１ｃと折曲
部１０１ｄとの間で挟持されている。このようにフィル
タ１０３を二重に設けることにより、水、油等の浸入を
より確実に防止することができる。また、フィルタ１０
３を二重に設けることで、一方のフィルタが万が一破損
したとしても、他方によるフィルタ機能を得ることがで
きる。なお、二枚のフィルタ１０３ａ、１０３ｂは同一
の性能を有するものを用いてもよいし、一方に撥水性、
他方に撥油性を有するフィルタを用いるなど、機能を分
けてもよい。

【００８１】さらに、フィルタの破損を防止するための
変形例を、図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）は、
上述した第一実施例のフィルタユニット５０を後端側か
らみた平面図である。管状部材５１は、一つの開口部５
１ｈを有しており、開口部５１ｈから管状部材５１内部
に取り付けられたフィルタ５３が露出している。これに
対し、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示した変形例で
は、開口部５１ｈが複数の開口部５１ｈ’、５１ｈ’’
に分割されている。複数の開口部５１ｈ’、５１ｈ’’
を有する仕切り板５１ｇ、５１ｇ’を、フィルタ５３の
後端側に設けた状態で管状部材５１の内側に配置させる
ことによって、一つの開口部の開口面積を小さくするこ
とができ、飛石等によってフィルタ５３が破損するのを
有効に防止することができる。なお、仕切り板の形態と
しては、金属などの線材をメッシュ状に編みこんだもの
を採用することもできる。

【００８２】この他、本実施例では、外筒蓋３０の通気
孔３１から外筒１３内部に、検出素子２の基準ガスとし
ての大気を導入する酸素センサ１を例示したが、外筒１
３内部に大気を導入せずともガス濃度が検出可能なガス
センサにおいて、本発明を適用してもよい。

【００８３】例えば、ガスセンサが内燃機関の排気管に
取り付けられる場合、当該センサが高温下の環境で使用
されるために、その熱的要因に起因して外筒の後端開口
部に配置される外筒蓋（特にフッ素ゴム製の外筒蓋）か
ら腐食性のガスが生じ、その腐食性ガスにより外筒内部
に収容されるセンサ各部が腐食する可能性が考えられ
る。したがって、このようなガスセンサにおいては、外
筒蓋に外筒の内部と外部との気体の流通経路となる通気
孔を設けることで、上記腐食性ガスを有効に外部に流出
させる機能が得られる。しかし、このように外筒蓋に通
気孔を設ければ、当然外筒内部に気体の流通を許容しつ
つ水滴等の侵入を防止することが必要になる。そこで、
本発明を採用することによって、上記機能を簡単で安価
に達成したガスセンサを得ることができる。

【００８４】また、上述した第１実施例および第２実施
例では、フィルタ５３を管状部材５１の内側に１つ配置
させる例を示したが、複数のフィルタ５３を重ねて又は
管状部材５１の中心軸線方向に対して所定の間隔をもっ
て、管状部材５１の内側に配置・固定させてもよい。こ
のような構成を図ることで、ガスセンサの外部に晒され
ることになる最外層のフィルタが万が一破れることがあ
っても、他のフィルタにより防水性を維持することがで
きる。その結果、ガスセンサの信頼性を高めることがで
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】 フィルタユニット５０の構成を表す概略断面
図である。

【図３】 フィルタユニット５０が嵌挿された外筒蓋３
０の構成を表す概略断面図である。

【図４】 酸素センサ１の上部構成を表す概略断面図で
ある。

【図５】 第二実施例の酸素センサ６１の上部構成を表
す概略断面図である。

【図６】 酸素センサ６１'の上部構成を表す概略断面
図である。

【図７】 第三実施例の酸素センサ９１の上部構成を表
す概略断面図である。

【図８】 （ａ）フィルタユニット１００が嵌挿された
外筒蓋８３の後端面９３側からみた斜視図、及び（ｂ）
フィルタユニット１００が嵌挿された外筒蓋８３の先端
面９５からみた平面図である。

【図９】 フィルタユニットにおいて、フィルタの後端
側に仕切り板を配置させた変形例を示す説明図である。

【図１０】 従来の酸素センサ１０１の構成を表す断面
図である。

【図１１】 従来の酸素センサ１０１におけるフィルタ
１５３の取付態様を表す説明図である。

【符号の説明】

１，６１，８１，９１・・・酸素センサ、２・・・検出素子、
２ａ・・・内側電極、２ｂ・・・外側電極、３・・・セラミック
ヒータ、１０・・・ケーシング、１１・・・主体金具、１１ｂ
・・・貫通孔、１３・・・外筒、１９・・・管、１９ａ・・・取付
孔、２１，２３・・・プロテクタ、２１ａ，２３ａ・・・ガス
透過口、２７・・・セパレータ、３０，６３，８３・・・外筒
蓋、３１，６５，６５'，８５・・・通気孔、３３・・・リー
ド線用貫通孔、３５，４１，４７・・・リード線、５０，
７０，７０’，１００・・・フィルタユニット、５１，７
１，７１’、１０１・・・管状部材、５１ａ，６５ａ，７
１ａ，７１ａ’・・・小径部、５１ｂ，７１ｂ・・・大径部、
５１ｃ，７１ｃ・・・段部、５１ｄ，５１ｆ，７１ｄ，１
０１ｄ，１０１ｆ・・・折曲部、５１ｇ，５１ｇ’・・・仕切
り板、５３、１０３・・・フィルタ、５５・・・Ｏリング、８
７・・・溝部、８９・・・溝部の最深部、９３・・・外筒蓋の後
端面、９７・・・外筒蓋の側壁面

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素イオン伝導性固体電解質体の表面に
   一対の電極が形成された検出素子と、 軸方向に形成された貫通孔を有すると共に、該貫通孔の
   先端側から前記検出素子の先端部を被測定ガスに晒すよ
   うにして、前記検出素子を前記貫通孔内に保持する主体
   金具と、 該主体金具の後端側に設けられ、前記検出素子を内部に
   収容する外筒と、 該外筒の後端開口部に嵌挿されると共に、自身の後端面
   から先端面に向けて貫通し、該外筒の内部と外部との気
   体の流通経路となる通気孔を有する外筒蓋と、 を備えたガスセンサであって、 前記外筒蓋の通気孔に嵌挿される管状部材と、該管状部
   材の内側に配置されると共に、その内側で固定されて前
   記通気孔を塞ぐ通気性及び撥水性を有するフィルタと、
   からなるフィルタユニット、 を前記外筒蓋に備えていることを特徴とするガスセン
   サ。
2. 【請求項２】 前記管状部材は、前記外筒蓋の先端部に
   係止する第一係止部と、前記外筒蓋の後端部に係止する
   第二係止部と、を備えていることを特徴とする請求項１
   に記載のガスセンサ。
3. 【請求項３】 前記フィルタは、前記外筒蓋の前記通気
   孔より後端側に配置されるように、前記管状部材に固定
   されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載のガスセンサ。
4. 【請求項４】 前記フィルタは、前記外筒蓋の前記通気
   孔内に配置されるように、前記管状部材に固定されてい
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス
   センサ。
5. 【請求項５】 前記外筒蓋の後端面に、一端側が前記通
   気孔に連通し、他端側が前記外筒蓋の側壁面に開放する
   溝部が形成されており、前記フィルタは、溝部の最深部
   よりも後端側に配置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。
6. 【請求項６】 前記外筒蓋は、前記検出素子と電気的に
   接続するリード線を挿通するためのリード線用貫通孔を
   複数有しており、前記外筒蓋の後端面において、前記溝
   部が、前記リード線用貫通孔と干渉しない位置に形成さ
   れていることを特徴とする請求項５に記載のガスセン
   サ。
7. 【請求項７】 前記フィルタは、撥油性を兼ね備えたフ
   ィルタであ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。
8. 【請求項８】 前記フィルタユニットは、前記管状部材
   の内側において、複数のフィルタが固定された構成にさ
   れていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれ
   かに記載のガスセンサ。
9. 【請求項９】 前記フィルタユニットは、前記管状部材
   の内側において、前記フィルタを露出させる複数の開口
   部を備えた仕切り板が当該フィルタより後端側に固定さ
   れた構成にされていることを特徴とする請求項１〜請求
   項８のいずれかに記載のガスセンサ。
10. 【請求項１０】 前記フィルタユニットは、前記フィル
    タを前記管状部材の内側で水密に固定するためのシール
    部材を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項９
    のいずれかに記載のガスセンサ。
11. 【請求項１１】 前記管状部材は、前記フィルタを自身
    内側の所定位置に固定するためのフィルタ固定部を備
    え、前記フィルタユニットは、前記フィルタ及び前記シ
    ール部材としてのＯリングが、管状部材内側方向に折曲
    された該管状部材端部と前記フィルタ固定部との間で挟
    持されて固定された構成にされていることを特徴とする
    請求項１０に記載のガスセンサ。
12. 【請求項１２】 前記管状部材は、所定の境界で拡径さ
    れ、該拡径により形成された段部を、前記フィルタ固定
    部として内壁に有する構成にされており、前記フィルタ
    ユニットは、該拡径された一端側で該段部に前記Ｏリン
    グ及び前記フィルタが重なるように配置され、該管状部
    材内側方向に折曲された該一端側の管状部材端部によっ
    て、前記Ｏリング及び前記フィルタが前記段部と前記管
    状部材端部との間で挟持されて固定された構成にされて
    いること特徴とする請求項１１に記載のガスセンサ。