JP2003294682A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 酸素センサ１は、後端に端子接続用電極
を備えた検出素子１０と、検出素子を保持するための主
体金具２０と、リード線に繋がる端子６０と、端子を内
側に収容する単一部材の第一セラミックセパレータ４０
と、主体金具より後部に配置される検出素子後部、端
子、第一セラミックセパレータ、第二セラミックセパレ
ータ５０、グロメット６７などを、内部に収容する外筒
３０と、を備えている。第一セラミックセパレータは、
外筒内面に接触しないようにされて、検出素子後端に装
着されている。また第一セラミックセパレータは、内側
にリブ４３，４４を備え、リブにそって端子を保持し、
その端子を検出素子の端子接続用電極に接触させてい
る。端子は、弾性変形可能で検出素子側面及び第一セラ
ミックセパレータ内面に弾性力を及ぼす構造にされてい
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、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、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装着することによって、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９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１２
５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
９に示したような構成のガスセンサ１２１では、重い端
子固定部材１３５を検出素子１２５の後端側に装着する
にあたり、端子固定部材１３５の外側側面（即ち径方向
外周面）と外部カバー１４１の内側側面（即ち内周面）
とを接触させたり、図９に示すように板バネ１３６を介
して、端子固定部材１３５を主体金具１２３に固定され
るセラミックホルダ１５３に押圧し、端子固定部材１３
５を外部カバー１４１に固定することによって、端子固
定部材１３５が、検出素子１２５の軸方向に垂直な方向
に揺動するのを防止し、シールパッキン１５１によるセ
ンサ下部のシールを確保していた。

【０００９】しかし、このような方法では、端子固定部
材１３５の一部を外部カバー１４１の内面に接触させて
保持する構造であるため、外部の衝撃等で外部カバー１
４１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。

【００１０】特に、端子固定部材を外部カバーに接触さ
せて保持する構造上、端子固定部材の容積が大きくなる
ため、その重量が大きくなりがちで、外部カバーに飛び
石等の影響で横方向の衝撃が加わると、検出素子１２５
にかかる負荷（振れ）が大きく、検出素子１２５が折れ
やすい。

【００１１】また、外部の衝撃等で外部カバー１４１が
変形し、端子固定部材１３５が歪んで位置ずれが生ずる
と、外部カバー１４１とセラミックホルダ１５３との間
で、端子固定部材１３５を挟持させている関係上、シー
ルパッキンが変形を生じ、センサ下部のシール性が悪化
することがあった。

【００１２】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９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、生産効率
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は容易ではなかった。

【００１３】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。

【００１４】

【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、その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
む主体金具と、その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
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する単
一の中空状部材で構成している。

【００１５】また、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
の収容部内面と、検出素子の側面との間で挟持されて固
定されるように、ガスセンサを構成している。また更
に、端子固定部材の収容部内面と検出素子の側面との間
で端子が挟持されることによって生じる端子の弾性力に
よって、端子固定部材が、外部カバー内側に保持される
ように、ガスセンサを構成している。

【００１６】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、主体金具の後端より突出された検出素子
の後端側に装着される端子固定部材を、当該端子固定部
材の収容部内面と検出素子の側面との間で端子が挟持さ
れることによって生じる弾性力によって、外部カバー内
側に保持する点が注目すべき点である。更に、端子固定
部材の径方向外周面と外部カバーとの間に所定の空隙が
形成されている点が注目すべき点である。

【００１７】つまり、このガスセンサでは、端子固定部
材の内面と検出素子の側面との間で端子を弾性変形させ
弾性力を発揮させているので、飛石等により外部カバー
に横方向からの外的衝撃が及んだ時にも、端子の弾性力
によりその衝撃を吸収して、検出素子にかかる負荷を緩
和することができる。

【００１８】また、従来では、端子固定部材を外部カバ
ーに接触させて固定していたため、外部カバーへの衝撃
が直に端子固定部材に伝達し検出素子に大きい負荷をか
けてしまうようなセンサ構造となっていたが、本発明の
ガスセンサでは、上述のように端子の弾性力によって端
子固定部材を保持する構成を図っていることから、端子
固定部材を外部カバー内周面から所定間隔空けて外部カ
バー内側に保持することができる。その結果、外部カバ
ーに外的衝撃が及ぶ場合にも端子固定部材にその衝撃が
直に伝達し難くなるため、外的衝撃に対する端子固定部
材の破損を抑制することができ、検出素子に負荷がかか
るのを効果的に抑制することができる。

【００１９】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。また、複数部材で端子固定部材を構成する
と、衝撃等で、部材間の接続機構が破損して端子を良好
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側面と、端子固定部材内面
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）に固定することが
できる。

【００２０】更に、端子固定部材を、複数部材で構成せ
ずに、単一部材で構成すると共に、上述のように外部カ
バーの内面に接触させないように保持する構成を図るこ
とから、従来のセンサ構造と比べて端子固定部材の小型
化、軽量化が図れることになる。

【００２１】即ち、請求項１に記載のガスセンサでは、
上述の構成を図ることにより、端子固定部材に外的衝撃
が外部カバーから直に及び難くなる効果、外的衝撃から
検出素子に及ぶ応力を端子の弾性力により吸収する効
果、さらには端子固定部材自身の小型化、軽量化による
効果の全てがそろうことによって、外部の衝撃により端
子固定部材が破損することが有効に抑制され、ひいては
検出素子が折れてしまうといった不具合が有効に抑制さ
れることになるのである。

【００２２】したがって、本発明によれば、組立工程数
を抑制しつつ、外部の衝撃により検出素子等が破損して
しまうのを効果的に抑制でき、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。尚、上
記ガスセンサの端子固定部材は、軸方向に貫通する貫通
孔を備えるものであって、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。また、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るもので
あって、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。尚、本明
細書でいう「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
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。

【００２３】ところで、請求項１に記載のガスセンサで
は、請求項２に記載のように、端子固定部材の径方向外
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
との間において、端子固定部材が、外部カバーの内周面
から０．５ｍｍ以上の空隙を形成する構成にされている
のが良い。

【００２４】このように、端子固定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、０．５ｍｍ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
の凹部が端子固定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。つまり、外的衝撃によって外部カバ
ーが変形し、その衝撃が直に端子固定部材に伝達するの
を有効に抑制することができる。

【００２５】この他、請求項１又は請求項２に記載のガ
スセンサにおいては、請求項３に記載のように、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配置して、端子固定部材を、セラ
ミックホルダの後端面に当接させるのが良い。請求項３
に記載のガスセンサにおいては、端子固定部材を、主体
金具の後端側に配置されるセラミックホルダに接触させ
つつ、端子の弾性力によって保持させているので、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、端子の弾性力による端子固定部材の保持を安定し
て行うこともできる。

【００２６】また、請求項１〜請求項３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
の側面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４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触
させ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、外部からの衝撃により端子の位置がずれてし
まうのをより確実に抑制することができる。尚具体的に
は、検出素子の側面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。

【００２７】また、端子固定部材内側に収容する端子
は、請求項５に記載のように構成されているのが良い。
請求項５に記載のガスセンサにおける端子は、端子固定
部材の内面と検出素子の側面との間で挟持されることで
弾性変形する弾性部を有し、この弾性部は、検出素子と
接触する複数の接触部を有する構造にされている。

【００２８】検出素子に弾性力を及ぼしつつ端子を端子
接続用電極に接触させる場合、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。そこで、請求項
５に記載のように、端子のうちで端子固定部材と検出素
子との間で挟持される弾性部に接触部を複数個設ける
と、弾性部の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。尚具体的
に、端子の弾性部を検出素子と端子固定部材との間隔方
向に高低差を複数有する波形形状に形成することで、検
出素子に対する接触部を複数設けることができる。

【００２９】

【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。

【００３０】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。

【００３１】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１
２ａ、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１２
ａ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１
２ｂ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。

【００３２】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１
７，１８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。

【００３３】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。また、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。

【００３４】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、セラミックホル
ダ２６の後端面は、図４に示すように、第一セラミック
セパレータ４０の先端面に当接される中央部２６ａが周
縁部２６ｂに対して段差状に突出した構成にされてい
る。

【００３５】またセラミックホルダ２６の後端におい
て、上記周縁部２６ｂの表面にはリング状のシール部材
２４が載置されており、セラミックホルダ２６は、この
シール部材２４を介在して、主体金具２０の後端に位置
する加締め部２０ａに固定される。また、この際、中央
部２６ａ表面は、加締め部２０ａより後方へ突出され
る。

【００３６】この状態において、主体金具２０は、セラ
ミックホルダ２５，２６と、検出素子１０の側面を保持
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。

【００３７】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。

【００３８】この他、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。
そして、この第一プロテクタ２８及び第二プロテクタ２
９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。

【００３９】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、全周レーザー溶接等により固着されている。

【００４０】つまり、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第一セラミックセパレー
タ４０、第二セラミックセパレータ５０などを収容して
いる。尚、図４は、第一セラミックセパレータ４０付近
の構成を概略的に表す酸素センサ１の検出素子軸方向に
沿う拡大断面図である。また、図５は、第一セラミック
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。

【００４１】第一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、両
端が開口された筒状体として構成されている。また、こ
の第一セラミックセパレータ４０は、外縁が外筒３０の
内縁の形状と同形状（第一実施例では円状）にされ、そ
の外径は、外筒３０の内径より所定長さ小さく設計され
ている。

【００４２】詳述すると、第一セラミックセパレータ４
０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４３，４
４」）を有している。

【００４３】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、
第一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を第一セラミックセパ
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。尚、こ
のリブ４３，４４によって隣り合って配置される端子６
０同士の短絡を防止することもできる。

【００４４】また、この第一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、この第一セラミックセパレータ４０は、軸
方向に垂直な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。即ち、このよ
うに構成された第一セラミックセパレータ４０の貫通孔
４１に挿通される第一実施例の酸素センサ１の検出素子
１０は、後端に、第一セラミックセパレータ４０が装着
されると、第一セラミックセパレータ４０の貫通孔４１
にて、端子接続用電極１３，１４，１７，１８を有する
側面の周囲が完全に包囲される。

【００４５】一方、上記第一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６
０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６
０は、検出素子１０の後端側側面と第一セラミックセパ
レータ４０（貫通孔４１）の内面との間に挟持されて弾
性変形が可能なように、検出素子１０と第一セラミック
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６０ａと、その弾性部６０ａの端部
から概ね直角に折曲された係止部６０ｂと、を備えてい
る。

【００４６】この各端子６０は、第一セラミックセパレ
ータ４０の検出素子１０への装着前において、貫通孔４
１に、リブ４３，４４に沿って、係止部６０ｂが第一セ
ラミックセパレータ４０の先端面に係止される位置まで
挿入される。この際、端子６０は、リブ４３，４４によ
り第一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。

【００４７】また、この状態で端子６０の後端を後述す
るリード線６８，６９に接続し、第一セラミックセパレ
ータ４０の収容部である貫通孔４１に検出素子１０後端
を装着すると、端子６０の弾性部６０ａは、弾性変形に
より、検出素子１０と第一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。

【００４８】つまり、第一セラミックセパレータ４０の
貫通孔４１に検出素子１０が装着されると、端子６０
は、弾性部６０ａを波形形状とすることにより形成され
る複数の接触部６０ｃにて、検出素子１０（端子接続用
電極１３，１４，１７，１８を含む）と接触し、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第
一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を第一セラミック
セパレータ４０内側で保持する。

【００４９】換言すると、上記第一セラミックセパレー
タ４０は、自身の内側に収容された端子６０を、検出素
子１０の後端側面に圧接しつつ、端子接続用電極１３，
１４，１７，１８に電気的に接続するようにし、その圧
接により生じる端子６０の弾性力によって、自身を検出
素子１０に固定する。また同時に、端子６０を、端子接
続用電極１３，１４，１７，１８からずれないようにし
て、検出素子１０に固定する。

【００５０】そして、この第一セラミックセパレータ４
０と検出素子１０の側面との間で挟持される弾性部６０
ａの弾性力（弾性復元力）によって、第一セラミックセ
パレータ４０自身が外筒３０の内部に保持されることに
もなる。ところで、第一セラミックセパレータ４０及び
端子６０が検出素子１０の後端に装着されると、その第
一セラミックセパレータ４０は、自身の外側側面（即
ち、径方向外周面）に対向する外筒３０の内周面に対し
て所定の空隙を有した状態（換言すると、外筒３０の内
周面に接触しない状態）で、外筒３０内部に保持され
る。

【００５１】具体的に説明すると、上記第一セラミック
セパレータ４０及び端子６０の検出素子１０への装着後
において、第一セラミックセパレータ４０の外側側面
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３
０の軸中心から延びる径方向）に、０．５ｍｍ以上の空
隙が形成される。尚、酸素センサ１では、外筒３０の内
側側面と、第一セラミックセパレータ４０の外側側面と
間で最も短くなる空隙の間隔Ａ（図４参照）が上記条件
を満たすようにされている。

【００５２】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
軸線に垂直な方向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。

【００５３】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、第一セラミックセパレータ４０
の径方向外周面と、それに対向する外筒３０の内周面と
の空隙を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が変形して第一セラ
ミックセパレータ４０の外周面に接触したか否かで耐久
を評価した（○は外筒３０が第一セラミックセパレータ
４０に接触していないことを表し、×は外筒３０が第一
セラミックセパレータ４０に接触したことを表す）。
尚、外筒３０の硬度は２５０Ｈｖとした。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１からも理解できるように、第一セラミ
ックセパレータ４０の径方向外周面と外筒３０の内周面
との空隙が０．５ｍｍ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０．３
ｍｍ以上で硬度が２５０Ｈｖ以上の外筒３０を用いると
共に、第一セラミックセパレータ４０の径方向外周面と
外筒３０の内周面との間に０．５ｍｍ以上の空隙を形成
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の内周面
が第一セラミックセパレータ４０の外周面に接触するの
を有効に防止することができる。

【００５６】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０．３ｍ
ｍ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センサの重量が増大したり
する場合がある。

【００５７】また、外筒３０の硬度については、２５０
Ｈｖ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。

【００５８】この他、端子６０の後端は、第一セラミッ
クセパレータ４０の後端面より突出されており、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。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６
３ａ，６５ａに固定されリード線６３，６５と電気的に
接続されている。

【００５９】第一実施例の酸素センサ１では、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６
５）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
る端子６０に接続されている。尚、これらのリード線
は、端子６０の後端がリード線に接続される前に、第二
セラミックセパレータ５０のリード線挿通孔５１、及び
グロメット６７のリード線挿通孔６８，６９に挿通され
る。

【００６０】第二セラミックセパレータ５０は、内側に
各リード線を挿通するための上記リード線挿通孔５１を
備える他、外側側面の周方向に鍔部５２を有している。
リード線挿通孔５１は、リード線の径より若干大径にさ
れた第一収容部５１ａと、第一収容部５１ａより後方に
設けられ上記リード線と概ね同径にされた第二収容部５
１ｂと、を備えており、第一収容部５１ａにて、端子接
続金具６３ａ，６５ａを収容し、第二収容部５１ｂに
て、リード線の端子接続金具６３ａ，６５ａより後方部
分を固定する。

【００６１】このような構成の第二セラミックセパレー
タ５０は、上記第一セラミックセパレータ４０が検出素
子１０に装着された後、外筒３０内部に挿入され、鍔部
５２により、外筒３０の内側方向に突出する凸部３０ａ
に係止されて、外筒３０内部の所定位置に固定される。
また、この後には、第二セラミックセパレータ５０の後
方に位置する上記グロメット６７が外筒３０の端部へ装
着される。

【００６２】グロメット６７は、外筒３０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ゴ
ム製のシール部材であり、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。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６
３）を挿通して外部に引き出すための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）を挿通して外部に引き出すた
めの２つのリード線挿通孔（一方は、リード線挿通孔６
９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。

【００６３】また、グロメット６７は、外筒３０後端に
装着された後、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、水分等が外筒３０内部へ侵
入するのを防止する。以上、酸素センサ１の構成につい
て説明したが、第一実施例においては、第一セラミック
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。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、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内に保持する
構成では、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と検出素子１０との間に
端子６０を挟持するのである。

【００６４】しかし、セラミック粉末２７を用いて検出
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１３，１４，１７，１
８と各端子６０との接触を図った場合、水分等の影響が
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。

【００６５】一方、セラミック粉末２７を用いて検出素
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、セラミックセパレータ４０をセラミック粉
末２７から離間させることができ、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。

【００６６】この他、第一実施例では、第一セラミック
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
第一セラミックセパレータ４０内の所定位置（換言する
と、検出素子１０の側面における所定位置）に適切に配
置することができて、端子６０の弾性部６０ａ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。

【００６７】特に、第一実施例においては、第一セラミ
ックセパレータ４０の内側側面と、検出素子１０の側面
との間に、弾性変形可能な端子６０（弾性部６０ａ）を
介装し、弾性部６０ａから生じる弾性力を利用して、端
子６０（弾性部６０ａの接触部６０ｃ）を検出素子１０
の端子接続用電極１３，１４，１７，１８に接触させて
いるので、良好に端子６０を端子接続用電極１３，１
４，１７，１８に電気的に接続させつつ、外筒３０の内
部にて第一セラミックセパレータ４０を保持している。

【００６８】つまり、外筒３０に外的衝撃が及んでも、
弾性部６０ａの弾性力でその衝撃を吸収することができ
るので、検出素子１０を保護することができる。この結
果、検出素子１０が折れるのを抑制することができる。
また、第一実施例の酸素センサ１においては、第一セラ
ミックセパレータ４０が、外筒３０の内側側面から所定
間隔離れた位置に配置され、且つ第一セラミックセパレ
ータ４０が従来に比べて小型化、軽量化されるので、外
筒３０に外的衝撃が及んでも、それによって、第一セラ
ミックセパレータ４０にその衝撃が直に伝達されるのを
防止することができ、検出素子１０が折れるのを抑制す
ることができる。

【００６９】この他、第一実施例においては、第一セラ
ミックセパレータ４０を、セラミックホルダ２６の中央
部２６ａに接触させるようにしているので位置決めがし
やすいし、第一セラミックセパレータ４０をセラミック
ホルダ２６にて支持することができるので、端子６０の
弾性部６０ａの弾性力による第一セラミックセパレータ
４０の保持を安定して行うことができる。

【００７０】尚、第一実施例においては、セラミックホ
ルダ２６を周縁部２６ｂに対して中央部２６ａが突出す
るような構成としたが、セラミックホルダは、必ずしも
このような構成でなくてもよく、例えば、図６や図７に
示すようにしてもよい。図６は、第二実施例の酸素セン
サ７１内部の構成を表した検出素子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、同一構成の各部の説明は省略す
ることにする。

【００７１】図６に示すように、酸素センサ７１のセラ
ミックホルダ７３は、後端面が概ね平坦状にされてお
り、主体金具２０の貫通孔２１に後端まで完全に収容さ
れている。即ち、酸素センサ１では、中央部２６ａが主
体金具２０の加締め部２０ａより後方に突出していた
が、この酸素センサ７１におけるセラミックホルダ７３
の後端面は、主体金具２０の加締め部２０ａより検出素
子１０の先端側に位置している。また、セラミックホル
ダ７３が上記構成にされたことにより、第一セラミック
セパレータ４０は、セラミックホルダ７３に接触しない
ようにして検出素子１０に装着されている。つまり、第
一セラミックセパレータ４０は、外筒３０、セラミック
ホルダ７３に接触することなく、端子６０の弾性部６０
ａの弾性力により保持されている。

【００７２】また、端子７５は、上記端子６０の弾性部
６０ａと同一構成の弾性部７５ａを備える他、第一係止
部７５ｂと、第二係止部７５ｃと、を備えている。第一
係止部７５ｂは、弾性部７５ａから直角方向に、第一セ
ラミックセパレータ４０の外縁まで延設されており、第
二係止部７５ｃは、第一係止部７５ｂの先端から、第一
係止部７５ｂとは直角方向に、第一セラミックセパレー
タ４０の後方に向けて延設されている。

【００７３】上記構成の酸素センサ７１では、第一セラ
ミックセパレータ４０がセラミックホルダ７３に接触し
ないので、図示しないセラミック粉末から浸透してくる
水分等が検出素子１０の端子接続用電極１３，１４，１
７，１８に接触するのを効果的に抑制することができ
る。

【００７４】また、酸素センサ７１では、端子７５が、
第一セラミックセパレータ４０の先端から貫挿されて、
その第一セラミックセパレータ４０に装着されると、そ
の弾性力によって第二係止部７５ｃと、弾性部７５ａと
の間で第一セラミックセパレータ４０を挟持するので、
端子７５を、より安定して第一セラミックセパレータ４
０にしっかりと固定することができる。

【００７５】続いて、図７に示す第三実施例の酸素セン
サ８１について説明する。尚、図７は、第三実施例の酸
素センサ８１内部の構成を表した検出素子軸方向の概略
断面図である。第三実施例の酸素センサ８１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、第一
実施例の酸素センサ１と同一構成の各部の説明は省略す
ることにする。

【００７６】図７に示すように、酸素センサ８１のセラ
ミックホルダ８３は、後端面に、第一セラミックセパレ
ータ４０に嵌合する第一セラミックセパレータ位置決め
用の凹部８３ａを有している。後端面（この実施例の場
合は凹部８３ａの底面）は、主体金具２０の貫通孔２１
に完全に収容されており、凹部８３ａは、横断面が第一
セラミックセパレータ４０の横断面と同形状で、内径が
第一セラミックセパレータ４０の外径と概ね同一にされ
ている。また、端子８５は、上記端子６０の弾性部６０
ａに上述の係止部６０ｂが形成されていない構成にされ
ている。

【００７７】このような構成の酸素センサ８１では、セ
ラミックホルダ８３の凹部８３ａに、第一セラミックセ
パレータ４０が嵌合されると、凹部８３ａが、第一セラ
ミックセパレータ４０の先端面と、その先端の外周面を
支持するので、第一セラミックセパレータ４０が検出素
子１０の軸に対して垂直な方向に揺動するのを抑制する
ことができる。

【００７８】以上、第一〜第三実施例の酸素センサ１，
７１，８１について説明したが、本発明の外部カバー
は、上記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、本実施例における第一セラミッ
クセパレータ４０に相当し、本発明の端子固定部材の収
容部は、第一セラミックセパレータ４０の貫通孔４１に
よって構成されている。

【００７９】また、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。例えば、上記実施例では、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を備えた酸素センサ１，７１，８１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。

【００８０】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、第一セラミックセパレー
タ４０の貫通孔４１の横断面を、概略「王」字状にすれ
ばよい。また、第一セラミックセパレータ４０は、外縁
が円状に構成されたものでなくてもよく、外縁が多角形
状に構成されたものであってもよい。

【００８１】尚、図８は、概略「王」字状の貫通孔９１
を有する第一セラミックセパレータ９０の横断面の構成
を表した概略断面図である。つまり、本発明を適用する
ガスセンサには、第一セラミックセパレータ４０に代替
して、検出素子の端子接続用電極に対向する各内側側面
に、軸方向に延びる凸条が等間隔で２つずつ形成された
計４つのリブ９３〜９６を有する第一セラミックセパレ
ータ９０を用いてもよい。このリブ９３〜９６に沿って
端子を第一セラミックセパレータ９０に挿入すれば、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。

【００８２】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本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】 第一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】 第一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における第一セ
ラミックセパレータ４０付近の構成を表す概略断面図で
ある。

【図７】 第二実施例の酸素センサ８１における第一セ
ラミックセパレータ４０付近の構成を表す概略断面図で
ある。

【図８】 第一セラミックセパレータ９０の横断面の構
成を表す概略断面図である。

【図９】 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】

１，７１，８１…酸素センサ、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…貫通孔、２２…段部、２３…
取付ねじ部、２４…シール部材、２５，２６，７３，８
３…セラミックホルダ、２６ａ…中央部、２６ｂ…周縁
部、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、３０ａ…凸
部、４０，５０，９０…セラミックセパレータ、４３，
４４，９３〜９６…リブ、４５…溝部、５１ａ，５１ｂ
…収容部、５２…鍔部、６０，７５，８５…端子、６０
ａ，７５ａ…弾性部、６０ｂ，７５ｂ，７５ｃ…係止
部、６０ｃ…接触部、６３，６５…リード線、６３ａ，
６５ａ…端子接続金具、６７…グロメット、５１，６
８，６９…リード線挿通孔、８３ａ…凹部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 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、 を備えたガスセンサであって、 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
   隙を形成する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
   記端子固定部材の前記収容部内面と、前記検出素子の側
   面との間で挟持されて固定され、前記端子固定部材の収
   容部内面と前記検出素子の側面との間で前記端子が挟持
   されることによって生じる該端子の弾性力によって、前
   記端子固定部材が、前記外部カバー内側に保持されるこ
   とを特徴とするガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記端子固定部材は、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
   の間において、前記外部カバーの内周面から０．５ｍｍ
   以上の空隙を形成する構成にさ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。
3. 【請求項３】 前記主体金具の後端側の内部に、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が配
   置され、前記端子固定部材は、前記セラミックホルダの
   後端面に当接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】 前記端子固定部材は、前記検出素子と自
   身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３のいずれかに記載のガスセンサ。
5. 【請求項５】 前記端子は、前記端子固定部材の収容部
   内面と前記検出素子の側面との間で挟持されることで弾
   性変形する弾性部を有し、 前記弾性部は、前記検出素子と接触する複数の接触部を
   形成する構造にされていることを特徴とする請求項１〜
   請求項４のいずれかに記載のガスセンサ。