JP2010236940A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】プロテクタの後端側を主体金具の先端側に容易に嵌め込むことができ、プロテクタが、主体金具の先端側をかしめることにより固定されたガスセンサを提供する。
【解決手段】センサ素子と、主体金具と、プロテクタ９と、を備え、主体金具は、本体部４１と、本体部４１から突出した突出部４２とを有し、プロテクタ９の後端側は、径方向外側に突出した鍔部９１を有し、主体金具の本体部４１の先端面４１１と、プロテクタ９の鍔部９１の後端面９１１とが当接し、主体金具の突出部４２が径方向内側にかしめられ、かしめられた部位の後端面４２１と、プロテクタ９の鍔部９１の先端面９１２とが当接しているガスセンサにおいて、鍔部９の後端面９１１の少なくとも一部に、径方向外側に向かうにつれて鍔部９の軸線方向の肉厚が薄くなるようにテーパ面が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスセンサに関する。更に詳しくは、本発明は、酸素センサ、炭化水素センサ、酸化窒素センサなどの、測定対象となる雰囲気に含まれる被検出成分を検出するためのガスセンサ等であって、センサ素子の先端側の検知部を保護するためのプロテクタを主体金具の先端側に固定するときに、プロテクタの後端側を主体金具の先端側に容易に嵌め込むことができ、且つ主体金具の突出部をかしめることにより、プロテクタを主体金具に強固に固定することができるガスセンサに関する。

排気ガス等の被測定ガスに含まれる酸素ガスなどの濃度測定等に用いられるガスセンサとして、ジルコニア等の固体電解質体を用いたセンサ素子を有する製品が知られている。このようなセンサ素子としては、一端側が閉塞された有底筒状の製品、及びシートを積層してなる板状の製品等があり、いずれの形状のセンサ素子も、先端側に被測定ガスと接触する検知部を備えており、この検知部を被測定ガスに晒すことによってセンサとして機能するように形成されている。

例えば、有底筒状の酸素イオン導電体等の固体電解質体を用いたセンサ素子を備える酸素センサでは、センサ素子を、主体金具の貫通孔に挿通させ、主体金具の先端面からセンサ素子の検知部を突出させた形態で位置決めし、固定している。そして、主体金具を、例えば、その外周面に周設されたネジによって内燃機関の排気管に取り付け、排気管の内部にセンサ素子の検知部を突出させて用いられる。このセンサでは、有底筒状の固体電解質体の外周面に形成された検知電極を排気ガスに接触させ、内周面に形成された基準電極を大気等の基準酸素ガスに接触させ、両電極間に、固体電解質体の内外の酸素濃度の差に対応する電位差を生じさせ、この電位差に基づく信号を制御回路に出力して酸素濃度を検知し、空燃比を制御するようになっている。

上記のようなガスセンサでは、センサ素子の先端側が排気管の内部に突出して取り付けられるため、取り付け時にセンサ素子の先端側が排気管に接触する等により、亀裂などが発生することがある。また、センサ素子の先端側は、高温の排気ガスの流れに曝されるため、固体電解質体及びその表面に形成された電極を保護する必要がある。そこで、主体金具の先端側には、通常、複数の通気孔が設けられた金属製のプロテクタが、センサ素子の先端側を取り囲むようにして取り付けられている。これにより、センサ素子の先端側の検知部等が保護されるとともに、排気ガスはプロテクタの通気孔を通過して内部に流入し、センサ素子の外周面に形成された検知電極に接触するようになっている。

プロテクタは、一端側が開口した容器形状をしており、この開口した一端側が主体金具の先端側に取り付けられて固定されている。このプロテクタの主体金具への固定方法としては、主体金具の先端側を内方に向けて折り曲げて固定する、所謂、かしめる方法（例えば、特許文献１及び２参照。）、及びプロテクタの後端側を主体金具の先端側に嵌め込み、主体金具の外側からレーザ溶接及び抵抗溶接等の方法により固着させる方法が一般的である。

特許文献１に記載されたガスセンサでは、素子保護キャップ（プロテクタ）は、開口端外周に突出部を備え、突出部は外周方向に沿って外向きに凹凸を有し、この突出部に金属製リングパッキングを配置してカシメ用筒部を折り曲げることで、金属本体に素子保護キャップを固定している。また、これにより、パッキングが突出部の凹凸に食い込み、固定力が高まると説明されている。更に、特許文献２に記載されたガスセンサでは、ハウジング（主体金具）は、内側突出部及びかしめ突起部等により構成される環状溝を有し、保護カバー（プロテクタ）は、フランジ部を有し、フランジ部が環状溝に嵌合されるとともに、かしめ突起部をかしめることにより、保護カバーがハウジングに固定され、このかしめ固定は冷熱サイクルに対し強固であると説明されている。

特開２００６−９８１３８号公報 特開２０００−２４１３８０号公報

上記のように、かしめることによりプロテクタを主体金具に固定する場合、プロテクタを主体金具に強固に固定するためには、プロテクタの鍔部（特許文献１では突出部、特許文献２ではフランジ部）の外径と主体金具の側壁の先端側の内径との差を小さくして、鍔部の多くの部分が、主体金具の側壁の先端側において強固に挟持され、押圧されて固定されるようにする必要がある。しかし、鍔部の外径と主体金具の側壁の先端側の内径との差が小さいと、プロテクタを主体金具に嵌め込むときに、プロテクタと主体金具との中心軸のずれ、相対的な傾き、プロテクタ形成時に鍔部の先端部に発生するバリ等により、プロテクタの嵌め込みが容易でないことがある。しかし、特許文献１及び２には、このような問題点については全く言及されていない。

本発明は、上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、主体金具の先端側に嵌め込まれたプロテクタを、主体金具の先端側をかしめることにより固定する構造において、プロテクタを主体金具の先端側に固定するときに、プロテクタの後端側を主体金具の先端側に容易に嵌め込むことができ、且つ主体金具の先端側をかしめることにより、プロテクタを主体金具に強固に固定することができるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明は以下のとおりである。
１．軸線方向先端側に検知部を有するセンサ素子と、前記センサ素子を挿通させ、前記検知部を自身の先端面から突出させる状態で保持する、軸線方向に延びる筒状形状の主体金具と、前記主体金具に固定され、且つ、前記検知部の径方向外側を取り囲む有底筒状のプロテクタと、を備えるガスセンサであって、
前記主体金具は、本体部と、該本体部から突出したかしめ用の突出部とを有し、前記プロテクタは、後端側に、径方向外側に突出した鍔部を有し、前記主体金具の前記本体部の先端面と、前記プロテクタの前記鍔部の後端面とが当接し、前記主体金具の前記突出部が径方向内側にかしめられ、該突出部のかしめられた部位の後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の先端面とが直接あるいは他部材を介して当接しているガスセンサにおいて、
前記鍔部の前記後端面の少なくとも一部には、径方向外側に向かうにつれて該鍔部の軸線方向の肉厚が薄くなるようにテーパ面が形成されていることを特徴とするガスセンサ。
２．前記主体金具の前記突出部のかしめられた部位の径方向内側面が、前記プロテクタの前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線よりも、径方向内側に位置している前記１．に記載のガスセンサ。
３．前記主体金具の前記突出部の前記後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の前記先端面とが直接当接して当接面が形成されており、前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が前記当接面を通る前記１．又は２．に記載のガスセンサ。
４．前記主体金具の前記突出部の前記後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の前記先端面とが他部材を介して当接しており、前記他部材と前記鍔部との第１当接面及び、前記他部材と前記突出部との第２当接面が形成されており、前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が前記第１当接面及び前記第２当接面を通る前記１．又は２．に記載のガスセンサ。
５．前記他部材が、金属製のパッキンである前記４．に記載のガスセンサ。
６．前記主体金具の前記突出部は先端側のみがかしめられており、前記プロテクタの前記鍔部の径方向外側面と、前記突出部の後端側の径方向内側面との離間距離が１００μｍ以下である前記１．乃至５．のうちのいずれか１項に記載のガスセンサ。

本発明のガスセンサによれば、プロテクタの後端側に形成された鍔部の後端面に、径方向外側に向かうにつれて肉厚が薄くなるようにテーパ面が形成されているため、プロテクタの後端側を主体金具の先端側に嵌め込むときに、鍔部の径方向外側面が主体金具の突出部の内壁面に引っ掛かることを低減することができる。そのため、プロテクタの嵌め込み、及び主体金具の突出部を折り曲げてかしめる際の作業性に優れ、且つプロテクタが主体金具に強固に固定され、冷熱サイクル等によりプロテクタの固定に緩みが発生することがない。
また、主体金具の突出部のかしめられた部位の径方向内側面が、プロテクタの鍔部の後端面のテーパ面とテーパ面以外の平坦面との境界線よりも、径方向内側に位置している場合は、かしめ時に、プロテクタの鍔部に十分な押圧力を加えることができ、プロテクタを主体金具により強固に固定することができる。
更に、主体金具の突出部の後端面と、プロテクタの鍔部の先端面とが直接当接して当接面が形成されており、鍔部の後端面のテーパ面とテーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が当接面を通る場合は、かしめ時に、当接面に十分な押圧力を加えることができ、プロテクタを主体金具により強固に固定することができる。
また、主体金具の突出部の後端面と、プロテクタの鍔部の先端面とが他部材を介して当接しており、他部材と鍔部との第１当接面及び、他部材と突出部との第２当接面が形成されており、鍔部の後端面のテーパ面とテーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が第１当接面及び第２当接面を通る場合は、第１当接面及び第２当接面のいずれにも十分な押圧力を加えることができ、他部材を介さず、直接当接しているときと全く同様にプロテクタを主体金具により強固に固定することができる。
更に、他部材が、金属製のパッキンである場合は、かしめ時に、過大な押圧力を加えることなく、プロテクタを主体金具に容易に、且つ十分強固に固定することができ、且つ冷熱サイクル等によるかしめの緩みも十分に防止することができる。
また、主体金具の突出部は先端側のみがかしめられており、プロテクタの鍔部の径方向外側面と、突出部の後端側の径方向内側面との離間距離が１００μｍ以下である場合は、離間距離が小さいため、プロテクタの後端側を主体金具の先端側に嵌め込むときに、プロテクタの鍔部の径方向外側面が主体金具の突出部の内壁面等に接触してしまい、嵌め込み難いことがあるが、本発明のガスセンサでは、容易に嵌め込むことができ、且つプロテクタを主体金具に十分に強固に固定することができる。

本発明の一実施の形態に係るガスセンサの断面の模式図である。 図１のガスセンサを製造するときに、主体金具の先端側にプロテクタを嵌め込む前の様子を表す断面の模式図である。 図１のガスセンサを製造するときに、プロテクタの鍔部の後端面を主体金具の本体部の先端面に当接させた状態を表す断面の模式図である。 図１のガスセンサを製造するときに、プロテクタの鍔部の後端面を主体金具の本体部の先端面に当接させた後、主体金具の側壁の突出部が折り曲げられ、かしめられた様子を表す断面の模式図である。 図４の符号Ｂで表される円内を拡大した図であり、主体金具の側壁のうちの突出部の径方向内側面と、プロテクタの鍔部の後端面におけるテーパ面と平坦面との境界線との位置関係を表す説明図である。 図４において、プロテクタの鍔部の先端面と、主体金具の突出部の後端面との間に金属製パッキンが介装された様子を表す断面の模式図である。 図６の符号Ｃで表される円内を拡大した図であり、主体金具の側壁のうちの突出部の径方向内側面と、プロテクタの鍔部の後端面におけるテーパ面と平坦面との境界線との位置関係を表す説明図である。 図２の符号Ａで表される円内を拡大した図であり、プロテクタの鍔部の後端面の径方向外周側に形成された円弧状のテーパ面の断面の模式図である。 プロテクタの鍔部の後端面の径方向外側部に形成された斜面からなるテーパ面の断面の模式図である。 鍔部の後端面にテーパ面が形成されていない従来のプロテクタの断面の模式図である。

以下、本発明を図を参照しながら詳しく説明する。
図１は、一実施の形態に係るガスセンサ１００の模式的な断面図であり、このガスセンサ１００は、自動車の排気管に取り付けられて使用されるものであり、このガスセンサ１００としては、例えば、排気管の内部を流通する排気ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素センサ等が挙げられ、以下、この酸素センサについて詳しく説明する。

ガスセンサ１００は、軸線方向先端側に検知部を有するセンサ素子２と、センサ素子２を挿通させ、検知部を自身の先端面から突出させる状態で保持する、軸線方向に延びる筒状形状の主体金具４と、主体金具４に固定され、且つ、検知部の径方向外側を取り囲む有底筒状のプロテクタ９と、主体金具４の後端側に固定される筒状の外筒部材１１と、外筒部材１１の外表面を覆う筒状の保護外筒部材１２とを備える。
尚、本実施形態において、図１のガスセンサ１００の軸線方向のうち、センサ素子２の測定対象ガス（排気ガス）に曝される検知部に向かう側（有底筒状の固体電解質体２１の底部側、図１の下方側）を「先端」（先端側及び先端面）とし、これと反対方向（図１の上方側）を「後端」（後端側及び後端面）として説明する。

（１）センサ素子
センサ素子２は、イットリア等を安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアなどを主成分とする酸素イオン伝導性を有するセラミックを用いて形成され、先端部が閉塞された有底筒状の固体電解質体２１と、この固体電解質体２１の内面のほぼ全面に形成されたＰｔ又はＰｔ合金等からなる多孔質の基準電極２２と、固体電解質体２１の外面に基準電極２２と同様にして形成された多孔質の検知電極２３とを有する。

また、検知電極２３は、アルミナマグネシアスピネル等の耐熱性セラミックからなる多孔質の電極保護層により被覆されている。更に、センサ素子２の軸線方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する係合用フランジ部２４が設けられている。また、固体電解質体２１の内部には、内部に発熱抵抗体が配設された発熱部３１を有する棒状のセラミックヒータ３が、発熱部３１が固体電解質体２１の先端側に位置するように挿入されている。このセラミックヒータ３では、後述するヒータ用リード線３２、３３を介して通電されることで発熱部３１が発熱し、センサ素子２の検知部が加熱されて活性化される。

（２）主体金具
主体金具４は、ガスセンサ１００を排気管の取付部に取り付けるためのネジ部４１と、排気管の取付部への取り付け時に取付工具をあてがう六角部４２とを有する。また、主体金具４の先端側内周には、径方向内側に向かって突出する金具側段差部４３が設けられ、金具側段差部４３には、パッキン５１を介してアルミナ製の支持部材５２が係止されている。そして、センサ素子２は、係合用フランジ部２４が支持部材５２に支持されることにより、主体金具４に支持される。更に、支持部材５２の後端側における主体金具４の内面とセンサ素子２の外面との間には、滑石粉末等の無機充填材が充填されて充填材部５３が形成され、この充填材部５３の後端側には、アルミナ製のスリーブ５４及び環状リング５５が順次同軸状に内挿されて配設されている。

また、主体金具４の側壁は、本体部４１と、本体部４１から先端側に突出した薄肉の突出部４２とを有し、突出部４２は、主体金具４の側壁の内側が、先端面から後端側にかけての所定距離に亘って削がれたような形状となっており、これにより、主体金具４の内側に一段の段部が形成されている（図２参照）。そして、段部の底面、即ち、本体部４１の先端面４１１と、後述のプロテクタ９の鍔部９１の後端面９１１とが当接しており、側壁のうちの鍔部９１を先端側から覆うようにして折り曲げられた突出部４２の後端面４２１と、プロテクタ９の鍔部９１の先端面９１２とが当接している（図４及び図４の符号Ｂで表される円内を拡大した図５参照）。このように、主体金具４の突出部４２を折り曲げてかしめることにより、プロテクタ９が主体金具４に固定されている。

（３）プロテクタ
主体金具４の先端側には、センサ素子２の主体金具４の先端面から突出している検知部２１を径方向外側から取り囲むように金属製のプロテクタ９が取り付けられている（図４、６参照）。また、プロテクタ９は、プロテクタ側壁部９２と、先端側を閉塞するプロテクタ天井壁部９３とを備え、後端側の底部は開口しており、且つ、プロテクタ側壁部９２が後端側において径方向外側に押し広げられて突出した形状の鍔部９１を有する（図２等参照）。

プロテクタ９は、鍔部９１の後端面９１１が、主体金具４の側壁に形成された段部の底面、即ち、本体部４１の先端面４１１に当接し、先端面９１２が、主体金具４の側壁のうちの折り曲げられた突出部４２の後端面４２１に当接して挟持されることにより（図４、５参照）、主体金具４の先端側に固定されている。更に、プロテクタ９には、排気ガスを取り入れるための複数の貫通孔９４が形成されており、この貫通孔９４から排気ガスが流入し、排気ガスに含まれる酸素の濃度が検出される（図２〜４及び６参照）。

プロテクタ９の鍔部９１には、その後端面９１１の少なくとも一部に、径方向外側に向かうにつれて軸線方向の肉厚が薄くなるようなテーパ面９１３が形成されている（図５、７等参照）。このテーパ面９１３は、鍔部９１の後端面９１１の径方向の外周側に設けられており、鍔部９１の後端面９１１の周方向の少なくとも一部に設けられていればよく、全周に亘って設けられていてもよい。また、テーパ面９１３は、鍔部９の厚さ方向の一部に設けられていてもよいし、全厚さに亘って、即ち、鍔部９１の後端面９１１から前端面９１２に亘って設けられていてもよい。更に、テーパ面９１３は、曲面でもよく（図８参照）、平坦な斜面でもよく（図９参照）、一部、特にテーパが開始される位置近傍では曲面であり、それより径方向外側では平坦な斜面となっているテーパ面９１３であってもよい。

プロテクタ９は、鍔部９１の後端面９１１にテーパ面９１３が設けられているため、プロテクタ９の後端側を主体金具４の先端側の突出部４２内に容易に嵌め込むことができる（プロテクタ９と主体金具４とが離間している図２、及びプロテクタ９が主体金具４に嵌め込まれた様子を表す図３参照）。そのため、鍔部９１の径方向外側面と、主体金具４の側壁のうちの突出部４２の後端側の径方向内側面との離間距離（図４の符号ａ参照）を小さくすることができる。即ち、嵌め込み可能な範囲で、鍔部９１の外径と突出部４２の内径との差を小さくすることができる。この離間距離は特に限定されないが、１００μｍ以下とすることができる。このように、離間距離を小さくすることで、プロテクタ９を主体金具４により強固に固定することができる。

また、主体金具４の先端側のかしめられた部位、即ち、突出部４２の径方向内側面と、プロテクタ９の鍔部９の後端面９１１に形成されたテーパ面９１３とテーパ面以外の平坦面との境界線（図５、７の符号ｂ参照）と、の相対的な位置関係は特に限定されないが、突出部４２の径方向内側面が、テーパ面９１３と平坦面との境界線ｂより径方向内側に位置していることが好ましい。言い換えれば、主体金具４の突出部４２の後端面４２１と、プロテクタ９の鍔部９１の先端面９１２とが直接当接して当接面が形成されている場合は、鍔部９１の後端面９１１のテーパ面９１３とテーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線Ｌ１が当接面を通るような構成であることが好ましい（図４の符号Ｂで表される円内を拡大した図５参照）。また、下記のように他部材、例えば、金属製パッキンが介装される場合は、他部材と鍔部９との当接面である第１当接面及び、他部材と突出部４２との当接面である第２当接面が形成され、鍔部９の後端面９１１のテーパ面９１３とテーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線Ｌ２が第１当接面及び第２当接面を通るような構成であることが好ましい（図６の符号Ｃで表される円内を拡大した図７参照）。このような位置関係にあれば、突出部４２を径方向内側に向かって折り曲げてかしめるときに、かしめによる押圧力が、鍔部９の後端面９１１における平坦面と、本体部４１の先端面４１１との間に加わることになる。その結果、かしめ時、鍔部９１に十分な押圧力を加えることができ、プロテクタ９を主体金具４に強固に固定することができる。

また、鍔部９１の先端面９１２と、主体金具４の突出部４２の後端面４２１との間に金属製パッキンＰを介装させることが好ましい（図６、７参照）。これにより、主体金具４の突出部４２を折り曲げてかしめたときに、鍔部９１の径方向外周面に凹凸が形成されている場合、及び／又は径方向の少なくとも外周部の厚さ方向に凹凸が形成されている場合に、これらの凹凸に金属製パッキンＰが食い込むように変形し、プロテクタ９を主体金具４により強固に固定することができる。

プロテクタ９は、二重構造であってもよい。この場合、プロテクタ側壁部９２及びプロテクタ天井壁部９３が二重構造であってもよく、プロテクタ側壁部９２は二重構造であり、プロテクタ天井部９３は一層のみであってもよい。更に、二重構造のプロテクタ側壁部９２のうち、後端側において鍔部９１が形成されるのは、内側の側壁部でもよく、外側の側壁部でもよい。即ち、内側又は外側のいずれか一方の側壁部がプロテクタ９の後端側に延びており、この部分が径方向外側に押し広げられて鍔部９１が形成される。また、この鍔部９１が、主体金具４の本体部４１の先端面４１１と、突出部４２の後端面４２１とに挟持されて主体金具４の先端側に固定される形態は、プロテクタ側壁部９２が一層のみのときも、二重構造であるときも、全く同様である。

更に、プロテクタ９の鍔部９１の先端面９１２は、主体金具４の突出部４２の後端面４２１に直接当接していてもよいが、前記のように、鍔部９１の先端面９１２と、突出部４２の後端面４２１との間に金属製パッキンＰを介装させることもできる。この金属製パッキンＰの材質は特に限定されないが、優れた耐熱性、耐食性等を有する金属を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅等を用いてなるパッキンが好ましい。

また、金属製パッキンＰの、プロテクタ９の鍔部９１の先端面９１２と、主体金具４の突出部４２の後端面４２１との間に介装させる前、即ち、金属製パッキンＰを配設し、かしめる前の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、正方形及び長方形等の方形などのいずれであってもよい。更に、金属製パッキンＰは、かしめ時、厚さ方向に押圧力が加わり、変形して厚さが減じることによってパッキンとして機能するため、扁平であるよりも幅に対して十分な厚さを有することが好ましい。また、介装前のプロテクタ９の断面形状が円形又は楕円形である場合は、押圧力が加わる面積が小さく、変形が容易で、過大な押圧力を必要とすることなく、パッキンとして十分に機能させることができるため好ましい。

（３）外筒部材
筒状の外筒部材１１の材質は特に限定されないが、十分な強度と耐食性とを併せて有することが好ましく、通常、ステンレス鋼が用いられる。このステンレス鋼の種類も特に限定されず、各種のステンレス鋼を用いることができる。例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ等の溶接性等に優れるオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。外筒部材１１は、その先端側が主体金具４の後端側の内側に挿入されて固定されている。また、この外筒部材１１は、先端側の拡径した開口端部である先端開口端部１１ａを環状リング５５に当接させた状態で、主体金具４の金具側後端部４５を内側方向にかしめることで、主体金具４に固定されている。
尚、ガスセンサ１００においては、主体金具４の金具側後端部４５をかしめることにより、滑石粉末等の無機充填材がスリーブ５４を介して圧縮され、充填材部５３が形成される構造になっている。これにより、センサ素子２が筒状形状の主体金具４の内側に水密状に保持されている。

更に、外筒部材１１には、その軸線方向における略中間位置に外筒段差部１１ｂが形成されており、外筒段差部１１ｂより先端側が外筒先端側胴部１１ｃとして形成され、外筒段差部１１ｂより後端側が外筒後端側胴部１１ｄとして形成されている。そして、外筒後端側胴部１１ｄは、外筒先端側胴部１１ｃより内径及び外径がともにやや小さく形成され、且つその内径は後述するセパレータ６のセパレータ本体部６１の外径より若干大きく形成されている。また、外筒後端側胴部１１ｄには、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔１１ｅが形成されている。

（４）保護外筒部材
保護外筒部材１２の材質は特に限定されないが、十分な強度と耐食性とを併せて有することが好ましく、通常、ステンレス鋼が用いられる。このステンレス鋼の種類も特に限定されず、各種のステンレス鋼を用いることができる。例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ等の深絞り加工性等に優れるオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。保護外筒部材１２は、ＳＵＳ３０４Ｌ等のステンレス鋼からなる板材を深絞り加工することにより筒状に成形され、後端側に、外部から内部に通じる開口部を有する保護外筒後端側部１２ａ、先端側に、外筒部材１１に対して後端側から同軸状に嵌装され、連結される保護外筒先端側部１２ｂを備え、保護外筒後端側部１２ａと保護外筒先端側部１２ｂとの間に保護外筒変径部１２ｃを有する。

また、保護外筒部材１２の保護外筒先端側部１２ｂには、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔１２ｄが形成されており、外筒部材１１の外筒後端側胴部１１ｄと保護外筒先端側部１２ｂとの間には、下記のフィルタ８が配設されている。
尚、保護外筒後端側部１２ａには、後述する弾性シール部材７１を水密状に固定するためのかしめ部Ｓ１が形成されている。

保護外筒部材１２には大気導入孔１２ｄが形成され、外筒部材１１には大気導入孔１１ｅが形成されているが、保護外筒部材１２と外筒部材１１との間の少なくとも各々の大気導入孔１２ｄ、１１ｅに対応する位置にはフィルタ８が配設されている。このフィルタ８により、大気導入孔１１ｅから水分が侵入するのを防止することができる。このフィルタ８は、合成樹脂製の繊維等からなる多孔質体により形成され、特に撥水性に優れる繊維を用いた多孔質体からなるフィルタ８であることが好ましい。このようなフィルタ８としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン繊維からなる多孔質体（ジャパンゴアテックス社製、商品名「ゴアテックス」）等が挙げられ、水又は多量の水を含む液体の透過は抑えられる一方で、大気等の気体は容易に透過させることができる。

（５）外筒部材と保護外筒部材との連結構造
図１のように、保護外筒部材１２と外筒部材１１とは、保護外筒部材１２の保護外筒先端側部１２ｂのうちで、大気導入孔１２ｄより後端側の少なくとも一部を、フィルタ８を介して径方向内側にかしめることで形成された第２かしめ部Ｓ２と、大気導入孔１２ｄよりも先端側の少なくとも一部を、フィルタ８を介して径方向内側にかしめることで形成された第３かしめ部Ｓ３とにより固定されている。この場合、配設されたフィルタ８は、外筒部材１１と保護外筒部材１２との問で圧縮されて保持されることになる。

また、保護外筒部材１２の保護外筒先端側部１２ｂは、外筒先端側胴部１１ｃに対して外側から嵌装されるように配設されている。更に、保護外筒先端側部１２ｂの先端側と外筒先端側胴部１１ｃとがかしめられ、即ち、保護外筒先端側部１２ｂの先端部が径方向内側に向けてかしめられ、径方向内側に縮径した連結かしめ部Ｓ４が形成されている。

上記のようにして、外筒部材１１に保護外筒部材１２をかしめることにより固定することで、外筒部材１１と保護外筒部材１２とは互いに強固に固定され連結される。そして、基準ガスとしての大気は、大気導入孔１２ｄ、フィルタ８及び大気導入孔１１ｅを流通して外筒部材１１の内部に導入され、固体電解質体２１の底部２１ａに導入される。一方、水分はフィルタ８により流入が抑えられ、外筒部材１１の内部への侵入が阻止される。
尚、外筒部材１１と保護外筒部材１２とは、かしめばかりでなく、抵抗溶接、レーザービーム溶接及び電子ビーム溶接等の溶接、並びに圧入などの方法により連結し、固定することもできる。

（６）外筒部材及び保護外筒部材の内側構造
図１のように、外筒部材１１の外筒後端側胴部１１ｄの内側には、略円筒状のセパレータ６が配設されている。このセパレータ６には、素子用リード線２５、２６と、ヒータ用リード線３２、３３とを挿通するためのリード線挿通孔６２が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。また、セパレータ６には、このセパレータ６の先端面において開口し、後端側で有底の保持孔６３が軸線方向に形成されている。この保持孔６３の内部にはセラミックヒータ３の後端部が挿入され、セラミックヒータ３の後端面が保持孔６３の底面に当接することによりセラミックヒータ３の軸線方向における位置決めがなされている。

更に、このセパレータ６は、外筒部材１１の後端側の内側に嵌装されたセパレータ本体部６１を備えるとともに、セパレータ本体部６１の後端部から径方向外側に延設されたセパレータフランジ部６４を有している。即ち、セパレータ６は、セパレータ本体部６１が外筒部材１１に嵌装されるとともに、セパレータフランジ部６４が外筒部材１１の後端面にフッ素ゴム等からなる環状シール部材７２を介して支持される状態で、保護外筒部材１２の内側に配設されている。

一方、セパレータ６の後端側には、耐熱性に優れるフッ素ゴム等からなる弾性シール部材７１が配設されている。この弾性シール部材７１は、本体部７１１と、この本体部７１１の先端側において径方向外側に向けて延設されたシール部材鍔部７１２とを有している。また、本体部７１１を軸線方向に貫通するように４個のリード線挿通孔７１３が形成されている。このように、弾性シール部材７１が、保護外筒部材１２の後端側の内側に内挿され、保護外筒部材１２がかしめられて、かしめ部Ｓ１が形成されることによって、弾性シール部材７１が保護外筒部材１２に固定されている。

更に、素子用リード線２５、２６及びヒータ用リード線３２、３３は、セパレータ６のリード線挿通孔６２、弾性シール部材７１のリード線挿通孔７１３に挿通されて、外筒部材１１及び保護外筒部材１２の内部から外部に向かって引き出されている。
尚、これら４本のリード線３２、３３、２５、２６は、外部において図示しないコネクタに接続され、このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各々のリード線３２、３３、２５、２６との電気信号の入出力がなされることになる。

また、リード線３２、３３、２５、２６は、詳細は図示しないが、導線が樹脂製の絶縁皮膜により被覆された構造を有し、導線の後端部がコネクタに設けられたコネクタ端子に接続される。そして、素子用リード線２５の導線の先端部は、固体電解質体２１の外面に外装された端子金具Ｋ１の後端部にかしめられ、素子用リード線２６の導線の先端部は、固体電解質体２１の内側に圧入された端子金具Ｋ２の後端部にかしめられ、それぞれ接続されている。これにより、素子用リード線２５は、センサ素子２の検知電極２３と電気的に接続され、素子用リード線２６は、基準電極２２と電気的に接続される。他方、ヒータ用リード線３２、３３の導線の先端部は、セラミックヒータ３の発熱抵抗体と接合された一対のヒータ用端子金具と各々接続される。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内で種々変更した実施の形態とすることができる。例えば、プロテクタ９の鍔部９１の径方向外側面に凹凸が形成された形状とする、及び／又はプロテクタ９の鍔部９１の径方向の少なくとも外周部を厚さ方向に凹凸が形成された態様とする場合、凹凸は、通常、鍔部９１の周方向に等間隔で形成されるが、等間隔でなくてもよい。いずれの態様であっても、金属製パッキンＰを凹凸に追随して食い込むように変形させることができ、プロテクタ９を主体金具４により強固に固定することができる。

また、金属製パッキンＰは、鍔部９１の先端面９１２と、突出部４２の後端面４２１との間に介装させることが多いが、鍔部９１の後端面９１１と、主体金具４の本体部４１の先端面４１１との間に介装させることもでき、同様にプロテクタ９を主体金具４により強固に固定することができる。更に、金属製パッキンＰは、鍔部９１の先端面９１２と、突出部４２の後端面４２１との間、及び鍔部９１の後端面９１１と、主体金具４の本体部４１の先端面４１１との間、に介装させることもできるが、特にその必要はない。

本発明は、各種のガスセンサ、例えば、酸素センサ、炭化水素センサ、酸化窒素センサ等の、測定対象となる雰囲気に含まれる被検出成分を検出するためのガスセンサ、及び測定対象となる雰囲気の温度を測定するための温度センサ等の各種のセンサであって、検出部を他部材との接触による破損等から保護するためのプロテクタが取り付けられるガスセンサにおいて利用することができる。

１００；ガスセンサ、１１；外筒部材、１２；保護外筒部材、２；センサ素子、３；セラミックヒータ、４；主体金具、４１；主体金具の本体部、４１１；本体部の先端面、４２；主体金具の突出部、４２１；突出部の後端面、９；プロテクタ、９１；鍔部、９１１；鍔部の後端面、９１２；鍔部の先端面、９２；プロテクタ側壁部、９３；プロテクタ天井壁部、９４；貫通孔。

Claims (6)

1. 軸線方向先端側に検知部を有するセンサ素子と、
   前記センサ素子を挿通させ、前記検知部を自身の先端面から突出させる状態で保持する、軸線方向に延びる筒状形状の主体金具と、
   前記主体金具に固定され、且つ、前記検知部の径方向外側を取り囲む有底筒状のプロテクタと、を備えるガスセンサであって、
   前記主体金具は、本体部と、該本体部から突出したかしめ用の突出部とを有し、
   前記プロテクタは、後端側に、径方向外側に突出した鍔部を有し、
   前記主体金具の前記本体部の先端面と、前記プロテクタの前記鍔部の後端面とが当接し、
   前記主体金具の前記突出部が径方向内側にかしめられ、該突出部のかしめられた部位の後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の先端面とが直接あるいは他部材を介して当接しているガスセンサにおいて、
   前記鍔部の前記後端面の少なくとも一部には、径方向外側に向かうにつれて該鍔部の軸線方向の肉厚が薄くなるようにテーパ面が形成されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記主体金具の前記突出部のかしめられた部位の径方向内側面が、前記プロテクタの前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線よりも、径方向内側に位置している請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記主体金具の前記突出部の前記後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の前記先端面とが直接当接して当接面が形成されており、前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が前記当接面を通る請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記主体金具の前記突出部の前記後端面と、前記プロテクタの前記鍔部の前記先端面とが他部材を介して当接しており、前記他部材と前記鍔部との第１当接面及び、前記他部材と前記突出部との第２当接面が形成されており、前記鍔部の前記後端面の前記テーパ面と該テーパ面以外の平坦面との境界線の軸線方向への投影線が前記第１当接面及び前記第２当接面を通る請求項１又は２に記載のガスセンサ。
5. 前記他部材が、金属製のパッキンである請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記主体金具の前記突出部は先端側のみがかしめられており、前記プロテクタの前記鍔部の径方向外側面と、前記突出部の後端側の径方向内側面との離間距離が１００μｍ以下である請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のガスセンサ。

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