JP2011145268A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの放熱性を低くしてガスセンサ素子の冷えを防止すると共に、ハウジングより後端側の樹脂部材へ熱が伝わることを抑制したガスセンサを提供する。
【解決手段】軸線方向Ｏに延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部１１を有するガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲むハウジング５０と、主体金具の後端側に連結される金属からなる放熱部材４００と、ガスセンサ素子と外部回路とを電気的に接続する導電部材３１、３２，７０を収容すると共に、放熱部材と接続する樹脂部材６０と、を備えたガスセンサ２００であって、ハウジングは、放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気系統（例えば、吸気管や吸気マニホールド等）や排気系統にガスセンサを取り付け、特定ガスの濃度をモニタして燃焼状態等を制御することが行われている。そして、このようなガスセンサの構造として、固体電解質体及び一対の電極を有し、軸線方向に延びて先端に検出部を有するガスセンサ素子と、ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲むハウジングとを備えたものが知られている。又、通常、ガスセンサ素子の後端側を金属製の外筒で覆っているが、外筒の構造が複雑で組付けが面倒なため、金属製の外筒の代わりに樹脂を用いる技術が開示されている（特許文献１）。

特許第3873390号公報

ところで、外筒を樹脂で構成すると、樹脂が金属に比べて熱伝導性が低いため、排気管の熱が主体金具を介して外筒に伝わったとき、又はガスセンサ素子を加熱するヒータの熱が主体金具を介して外筒に伝わった時に、外筒に熱がこもって樹脂の劣化や変形等が生じるおそれがある。

これに対し、放熱性の優れたアルミニウム系又は銅系の金属でハウジングを構成することが考えられる。

ところが、上記したアルミニウム系又は銅系の金属は熱伝導性が良過ぎるため、ガスセンサ素子を覆うハウジングにこれら金属を用いると、被測定ガスの流れによってハウジングやプロテクタから熱が奪われ、内部のガスセンサ素子が冷却されるという問題がある。その結果、ガスセンサ素子の測定精度が低下したり、これを活性化温度に保つためのヒータ電力が大きくなる。
そこで、本発明は、ハウジングの放熱性を低くしてガスセンサ素子の冷えを防止すると共に、ハウジングよりも後端側に設けられる樹脂部材へ熱が伝わることを抑制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。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、前記ハウジングの後端側に連結される金属からなる放熱部材と、前記ガスセンサ素子と外部回路とを電気的に接続する導電部材を収容すると共に、前記放熱部材と接続する樹脂部材と、を備えたガスセンサであって、前記ハウジングは、前記放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されている。
このようなガスセンサによれば、ハウジングと樹脂部材との間にハウジングよりも熱伝導率が高い放熱部材が介在しているため、ハウジング側からの熱は放熱部材により放熱される。よって、ハウジングと樹脂部材が直接連結している構成と比較して、直接樹脂部材に熱が伝わりにくく、樹脂部材の劣化や変形を抑制することができる。又、ガスセンサ素子を囲むハウジングは、放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されているため、ガスセンサ素子を熱伝導率が高い放熱部材で囲む構成と比較して、ガスセンサ素子の冷えを防止することができる。

更に、本発明のガスセンサは、前記ハウジングの先端側に配置されて前記検出部を覆うプロテクタをさらに備え、前記プロテクタは、前記放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されていてもよい。
このようなガスセンサによれば、ガスセンサ素子を囲むプロテクタについても放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されているため、ガスセンサ素子の冷えをさらに防止することができる。
さらに、プロテクタと放熱部材とが直接接触している箇所が無いほうがより好ましい。
この構成をとることで、プロテクタからの熱が放熱部材へと伝わりにくく、プロテクタの冷えをより効果的に防止できる。
なお、放熱部材と樹脂部材が他部材を介して接続している際には、他部材への熱伝導や他部材による放熱によりさらにハウジング側からの熱が伝わりにくくなるため、より好ましい。

前記放熱部材は、前記ガスセンサの取り付け対象体に取り付けられる取付け部を備えていてもよい。
このようなガスセンサによれば、ハウジングから放熱部材の取付け部に熱が伝わり、さらに取付け部から取り付け対象体に熱が放散されるので、放熱部材の放熱効果が向上する。

前記ハウジングの外面に先端向き面が形成され、前記放熱部材の内面に後端向き面が形成され、前記先端向き面が前記後端向き面に係止しつつ、前記放熱部材が前記ハウジングを包囲していてもよい。
このようなガスセンサによれば、放熱部材へのハウジングの挿入深さを規制（位置決め）できると共に、放熱部材からハウジングが脱落して取り付け対象体の内部に混入することを防止できる。

この発明によれば、ハウジングの放熱性を低くしてガスセンサ素子の冷えを防止すると共に、ハウジングより後端側の樹脂部材へ熱が伝わることを抑制することができる。

ガスセンサ内部に保持される素子アセンブリの斜視図である。 第１の実施形態に係るガスセンサの構成を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に直交する方向の断面図である。 接続端子の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るガスセンサの製造方法の一例を示す工程図である。 第２の実施形態に係るガスセンサ内部に保持されるガスセンサ素子の斜視図である。 第２の実施形態に係るガスセンサの構成を示す斜視図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。 第２の実施形態に係るガスセンサの製造方法の一例を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの内部に保持される素子アセンブリ１５０の一例の概略構成を示す斜視図、図２は本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ２００の斜視図、図３は図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う断面図である。
図１において、ガスセンサ素子１０の軸線方向Ｏ（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、後端部１２側をガスセンサ素子１０（及びガスセンサ）の後端側、その反対側にあるガスセンサ素子１０の検出部側をガスセンサ素子１０（及びガスセンサ）の先端側、として説明する。又、軸線方向Ｏに垂直な方向を適宜「径方向」と称する。

図２に示すように、ガスセンサ２００は、ガスセンサ素子１０を含む素子アセンブリ１５０と、素子アセンブリ１５０のハウジング５０の後端側に接合される放熱部材４００と、放熱部材４００の後端側に接続された樹脂部材６０とを備えている。樹脂部材６０は、ガスセンサ素子１０と外部回路（図示せず）とを電気的に接続する導電部材３１、３２、７０を収容し、接続端子（導電部材）３１、３２はセラミック製のセパレータ４０に装着されている。
なお、この実施形態では、樹脂部材６０は、放熱部材４００の後端側にインサート成型されて接続される樹脂部本体６１と、樹脂部本体６１に後から被せられて樹脂部本体６１の内部空間を閉塞する樹脂製の蓋部６２からなっている。

ガスセンサ素子１０は公知であるような軸線Ｏ方向に延びる略角柱状をなし、酸素濃度の検出を行う検出素子と、その検出素子を早期活性化させるために加熱を行うヒータとが互いに貼り合わされた、積層体である。検出素子はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。この検出素子は、より具体的には、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を外部に晒すと共に、他方の電極を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置すると共に、他方の電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルとを有してなり、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御することで、測定室内の酸素を汲み出したり、測定室内に外部から酸素を汲み入れたりする構成をなしている。
なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部１１（図示せず）をなす。又、ガスセンサ素子１０の後端部１２には、検出素子からの出力を取り出すためや、ヒータに電力を供給するための５つの電極パッド１２ａ（図１ではそのうちの２つをガスセンサ素子１０の第２面１０ｂ側に図示し、第１の面１０ａに残りの３つを有する。）が形成されている。

図３に示すように、ガスセンサ素子１０の軸方向中央よりやや先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が、自身の内部にガスセンサ素子１０を挿通させ、検出部１１を筒底の開口２５から突出させた状態で配置されている。金属カップ２０はハウジング５０内にガスセンサ素子１０を保持するための部材であり、筒底の先端側周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、自身にガスセンサ素子１０を挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、ガスセンサ素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。

金属カップ２０と一体となったガスセンサ素子１０は、その周囲を筒状のハウジング５０に取り囲まれて保持されている。このハウジング５０はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる。ハウジング５０の先端には段状に縮径する縮径部５２が形成され、この段部が先端向き面５１ｓを形成している。さらに、ハウジング５０の後端側の外周には周方向に繋がる溝部５０ｅが形成され、溝部５０ｅにはＯリング９５が外嵌されている。又、溝部５０ｅより後端側にはハウジング５０内にガスセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３が形成されている。一方、ハウジング５０の縮径部５２よりも先端側には、後述する外側プロテクタ（特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当）１００が係合される先端係合部５６が形成されている。

ハウジング５０の内周で先端係合部５６付近には段部５４が形成されており、この段部５４に、ガスセンサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端側周縁部２３が係止されている。更に、ハウジング５０の内周には滑石リング２６が、自身にガスセンサ素子１０を挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７がハウジング５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。

ハウジング５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。加締め部５３の形成によって、スリーブ２７を介して押圧された滑石リング２６は、ハウジング５０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびガスセンサ素子１０がハウジング５０内で位置決めされ、気密に保持される。

ガスセンサ素子１０は、その後端部１２がハウジング５０の後端（加締め部５３）よりも後方に突出されており、その後端部１２には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ４０が被せられている。セパレータ４０は、ガスセンサ素子１０の後端部１２に形成された５つの電極パッド１２ａとそれぞれ電気的に接続される５つの接続端子３１、３２を内部の挿通孔４１（図２参照）に保持している。詳しくは後述するが、ガスセンサ素子１０の後端部１２をセパレータ４０の挿通孔４１に挿通した際、接続端子３１、３２の素子側接続端子部３１ａ、３２ａが電極パッド１２ａと電気的に接続する。

一方、ガスセンサ素子１０の検出部１１の外周面は、多孔質状の保護層１５により被覆され、検出部１１のうち外部に晒される電極を吸気等による被毒や被水から保護している。そして、ハウジングの先端係合部５６に外側プロテクタ１００が嵌められ、レーザ溶接によって固定され、外側プロテクタ１００内部に収容された検出部１１を保護している。このとき、外側プロテクタは放熱部材に接触しないように固定する。外側プロテクタ１００の内側のうち、検出部１１とガス導入孔１１５との間には内側プロテクタ１１２が配置され、ガス導入孔１１５から外側プロテクタ１００内部に導入されたガスが検出部１１に直接晒されることを抑制している。よって、ガス中に含まれる水分や油分がガスセンサ素子１０に付着することを抑制でき、ガスセンサ素子１０にクラックや割れが生じることを抑制できる。また、ガス中に含まれる煤においてもガスセンサ素子１０に付着することを抑制でき、ガスセンサ２００の検出精度が低下する事を抑制できる。
なお、この実施形態では、外側プロテクタ１００は縮径部５２より先端側に嵌められ、外側プロテクタ１００の外面と縮径部５２の外面とが面一になっている。

一方、外側プロテクタ１００の一部には、ガスセンサ素子１０の検出部１１にガスを晒すためのガス導入孔１１５（図２参照）が形成されている。このガス導入孔１１５は軸線方向に延びるスリット形状を有している。このように、スリット形状を有するガス導入孔１１５を設けることで、外側プロテクタ１００内のガス置換が早期に行なわれ、検出素子の検出精度の低下を抑制できる。第１の実施形態では、このガス導入孔１１５の幅は１．０ｍｍである。このように、導入孔の幅が０．５ｍｍ以上であれば、外側プロテクタ１００内のガス置換が早期に行われ、ガス検出精度が低下することを防止できる。

なお、内燃機関の吸気系統にガスセンサ２００を取り付ける場合、ガス導入孔１１５の向きを吸気系統の下流側に合わせると、ガスセンサ素子１０にクラックや割れが生じることを抑制でき、さらに、ガスセンサ２００の検出精度が低下する事を抑制できる。

次に、放熱部材４００について図２、図３を用いて説明する。放熱部材４００はハウジング５０より熱伝導率が高い材料（この例ではアルミニウム）から構成されている。放熱部材４００は、軸線方向Ｏを軸とする円筒部４０３と、円筒部４０３の後端寄りから径方向（図３の左右方向）の反対向きにそれぞれ延びるフランジ部４０２とを備え、フランジ部４０２の後端側に円筒部４０３の後端部４０１が突出している。後端部４０１の外周面は軸線方向Ｏに沿って突没する凹凸状に形成されており、後端部４０１を囲むように樹脂部本体６１がインサート成型され、樹脂部本体６１と放熱部材４００との密着性及び密閉性が向上する。
放熱部材４００（円筒部４０３）の内径は、ハウジング５０の最大外径よりやや小さく、ハウジング５０を円筒部４０３の後端側から筒孔４００ａに圧入可能になっている。そして、ハウジング５０を円筒部４０３に圧入すると両者が接合される。なお、ハウジング５０を円筒部４０３に圧入する際、Ｏリング９５が筒孔４００ａの壁面で潰され、放熱部材４００とハウジング５０との間をシールするようになっている。

又、第１の実施形態において、円筒部４０３の先端縁の内径は、筒孔４００ａの内径より小さく、プロテクタ１００及び縮径部５２の外径よりわずかに大きい。従って、ハウジング５０を円筒部４０３の後端側から筒孔４００ａに圧入すると、円筒部４０３の先端縁の後端向き面４０３ｓにハウジング５０の先端向き面５１ｓが係止されるので、圧入深さを規制（位置決め）できると共に、放熱部材４００（円筒部４０３）からハウジング５０（及び素子アセンブリ１５０）が脱落して取り付け対象体の内部に混入することを防止できる。特に、ハウジング５０が放熱部材４００より熱伝導率が低いため、ガスセンサ２００が加熱されると、ハウジング５０を囲む放熱部材４００の方がより一層膨張し、両者の密着や接合が弱くなる場合がある。従って、先端向き面５１ｓ及び後端向き面４０３ｓを設けることが有効となる。
なお、この実施形態では、先端向き面５１ｓ及び後端向き面４０３ｓは、いずれも径方向に平行な段部をなしているが、先端向き面５１ｓ及び後端向き面４０３ｓを、先端に向かって狭まるテーパーとしてもよい。

又、放熱部材４００は略円筒状をなし、その後端側から軸方向に垂直な径方向に２個の半円状のフランジ部（特許請求の範囲の「取付け部」に相当）４０２が対向して延びている。各フランジ部４０２の中央にはそれぞれ取付孔４０２ａが貫通している。また、フランジ部４０２の下面と取り付け対象体３００の表面との間にガスケット３１０が介装されている。上記した取り付け対象体３００に設けられた円筒部４０３よりもわずかに径大の開口に、ガスセンサ２００を先端側から挿入する。そして、取付孔４０２ａにネジやボルトを挿通し、この取付ネジ（ボルト）をガスセンサ２００の取り付け対象体３００（例えば、内燃機関の吸気系統）に設けたネジ孔にネジ止めすることで、ガスセンサ２００を取り付け対象体３００に取り付けることができる。
このように、各フランジ部４０２を用いてガスセンサ２００を取り付け対象体に取り付けるようにすると、対象物の取付け開口を比較的小径とすることができ、ハウジング５０を直接対象物にネジ止めする場合に比べ、対象物の材質等に関わらず取付けが容易で確実となる。

次に、樹脂部材６０について図２、図３を用いて説明する。本実施例において、樹脂部本体６１は、図２に示すように、放熱部材４００の後端側の円筒部に成形性の良い樹脂であるナイロン（登録商標）樹脂によりインサート成型され、放熱部材４００の筒面と面一の半円筒部６１ａを有すると共に、半円筒部６１ａの端からガス導入孔１１５の反対側に向かって平行に２つの壁部６１ｂが延びている。そして、両壁部６１ｂの端が壁部６１ｂの面に垂直な仕切り壁６１ｃで閉じられている。このようにして、半円筒部６１ａ、２つの壁部６１ｂ、及び仕切り壁６１ｃにより、ガスセンサ素子１０の後端部１２の周囲を囲んでいる。又、半円筒部６１ａ、２つの壁部６１ｂ、及び仕切り壁６１ｃの後端側の高さはガスセンサ素子１０の後端部１２よりやや高く、後端部１２（及び後述するセパレータ４０、コネクタ端子７０）が樹脂部材６０の内部空間に収容されるようになっている。
さらに樹脂部本体６１は、開口しつつガスセンサ２００の径方向（軸線方向Ｏに垂直な方向）に延びる略矩形で雄型のコネクタ部６３を一体に有している。コネクタ部６３は仕切り壁６１ｃに一体に接続しており、相手コネクタ（この例では、雌コネクタ）を径方向に挿抜可能である。コネクタ端子７０は、コネクタ部６３の軸線方向Ｏの中心付近で仕切り壁６１ｃに埋設され、コネクタ端子７０の一端は仕切り壁６１ｃよりコネクタ部６３側でコネクタ部６３内に突出して雄ピンを構成し、コネクタ端子７０の他端が、仕切り壁６１ｃから上記した内部空間内に露出している。

このようにして、ガスセンサ素子１０の後端部１２を内部に収容した樹脂部本体６１が構成され、この後端部１２にセパレータ４０が嵌められている。セパレータ４０の挿通孔４１に後端部１２の電極パッド１２ａが収容され、挿通孔４１に配置された接続端子３１、３２が電極パッド１２ａに電気的に接続される。又、セパレータ４０外に表出する接続端子３１、３２の一端（後述する外部回路側接続端子部３１ｂ、３２ｂ）は径方向に延び、後端部１２にセパレータ４０を嵌めた際に該外部回路側接続端子部３１ｂ、３２ｂがコネクタ端子７０に電気的に接続されるようになっている。
以上のようにして、ガスセンサ素子１０の電極パッド１２ａとコネクタ端子７０とが接続端子３１、３２を介して電気的に接続され、この状態で蓋部６２を樹脂部本体６１に被せて両者を接合（例えば溶着）することで、セパレータ４０が樹脂部材６０で覆われてガスセンサ２００が構成される。

次に、図４、図５を参照し、樹脂部材６０に収容された導電部材３１、３２、７０の構成について説明する。なお、図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に直交する方向の断面図、図５は、セパレータ４０及び接続端子３１、３２について説明した斜視図である。又、導電部材は、接続端子３１、３２と、コネクタ端子７０からなる。

接続端子３１、３２は、長片状の導電部材（金属片等）をプレス等で打ち抜き、所定形状に折り曲げて形成されている。この接続端子３１、３２は、セパレータ４０の挿通孔４１内に配置され、電極パッド１２ａにそれぞれ接続される素子側接続端子部３１ａ、３２ａと、それぞれ素子側接続端子部３１ａ、３２ａとコネクタ端子７０とを接続する外部回路側接続端子部３１ｂ、３２ｂとを一体に有している。
このうち、素子側接続端子部３１ａ、３２ａは、挿通孔４１の壁面に沿う引き出し部３１ｔ、３２ｔと、引き出し部３１ｔ、３２ｔの先端側で屈曲し、弾性力によってセパレータ４０の軸方向中心に向かって膨らんでいる接触部３１ｒ、３２ｒを備えている。そして、ガスセンサ素子１０の後端部１２をセパレータ４０の挿通孔４１に挿通した際、素子側接続端子部３１ａ、３２ａ（接触部３１ｒ、３２ｒ）が電極パッド１２ａと摺動し、素子側接続端子部３１ａ、３２ａの弾性力によって電極パッド１２ａとの接圧を増すことで、確実な電気的接続が図られる。

他方、外部回路側接続端子３１ｂ、３２ｂについて詳細に説明する。
外部回路側接続端子３１ｂは、引き出し部３１ｔから第１屈曲部３１ｅを介してセパレータ４０の上面４０ａに沿って径方向に延びる水平部３１ｓと、水平部３１ｓから第２屈曲部３１ｆを介してセパレータ４０の上面４０ａから軸方向中央に向かって径方向外側に拡がりつつ斜めに延びる第１端子部３１ｂ１と、第１端子部３１ｂ１から第３屈曲部３１ｇを介して径方向外側に水平に延びる第２端子部３１ｂ２とを一体に形成してなる。

又、外部回路接続端子３２ｂは、引き出し部３２ｔから第１屈曲部３２ｅを介してセパレータ４０の上面４０ａに沿って径方向に延びる水平部３２ｓと水平部３２ｓから第２屈曲部３２ｆを介してセパレータ４０の上面４０ａから軸方向中央に向かって径方向外側に拡がりつつ斜めに延びる第１端子部３２ｂ１と、第１端子部３２ｂ１から第３屈曲部３２ｇを介して径方向外側に水平に延びる第２端子部３２ｂ２とを一体に形成してなる。
なお、第１端子部３２ｂ１の角度は第１端子部３１ｂ１の角度と同一であり、第２端子部３２ｂ２は第２端子部３１ｂ２と一列に並んでいる。
また、接続端子３１の水平部３１ｓは、セパレータ４０の挿通孔４１から図４の奥側に向かってまっすぐに延びている。これに対し、接続端子３２の水平部３２ｓは、これら水平部３１ｓに接触しないよう、挿通孔４１の外周を通って３つの水平部３１ｓの両外側から同様に図４の奥側に向かってまっすぐに延びている。

このように、接続端子３１、３２がセパレータ４０の後端向き面４０ａから径方向に延びているため、接続端子３１、３２やそれに接続されるリード線等がセパレータ４０の後端向き面４０ａより後端側に突出することが無く、その分だけガスセンサ２００の軸線方向Ｏの高さが低くなり、ガスセンサ２００を対象物に取り付けた際の突き出し長さを短くすることができる。
又、外部回路側接続端子部３１ｂ、３２ｂは、セパレータ４０の軸方向中央に向かって屈曲するので、この屈曲部で接続されるコネクタ端子７０の軸線方向の高さを先端側へ向かって低くすることができる。コネクタ部６３は、相手コネクタを径方向に挿抜させるためにコネクタ端子７０より後端側及び先端側へ突出するが、コネクタ端子７０の高さを低くすることでコネクタ部６３の高さも低くなり、その分だけガスセンサ２００の軸線方向Ｏの高さが低くなり、ガスセンサ２００を対象物に取り付けた際の突き出し長さを短くすることができる。

次に、図６を参照し、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ２００の製造方法の一例について説明する。
まず、インサート成型される放熱部材４００及びコネクタ端子７０を適宜金型の内部に設置する（図６（ａ））。次に、金型内に樹脂を射出成形し、樹脂部本体６１がインサート成型される（図６（ｂ））。そして、放熱部材４００の筒孔４００ａの後端側から公知の手法により作成された素子アセンブリ１５０を圧入し（図６（ｃ））、上記した後端向き面４０３ｓ（図示せず）に先端向き面５１ｓを係止させてハウジング（素子アセンブリ１５０）と放熱部材４００とを接合する（図６（ｄ））。
次に、予め接続端子３１、３２を装着したセパレータ４０を、樹脂部本体６１内部に配置されたガスセンサ素子１０の後端部１２に嵌め込み（図６（ｅ））、接続端子３１、３２を電極パッド１２ａ（図示せず）及びコネクタ端子７０に接続する（図６（ｆ））。又、接続端子３１、３２とコネクタ端子７０とを適宜、スポット溶接等で電気的に接続する。
そして、樹脂部本体６１の開口に蓋部６２を被せ（図６（ｇ））、樹脂部本体６１と蓋部６２との合わせ目Ｊ１を一体化（例えば、溶着）して封止し、樹脂部材６０を形成させてガスセンサ２００を得る（図６（ｈ））。

ガスセンサ２００の取り付け対象体としては、種々の内燃機関が挙げられ、特に自動車等の車両の内燃機関の吸気系統に取り付けられる場合、低温の吸気でハウジング５０内部のガスセンサ素子１０が冷やされ易いので、本発明が有効となる。又、導電部材３１、３２を用いてガスセンサ２００の突き出し長さを短くすれば、車両前方のボンネットとエンジン部品の隙間を確保することが出来るので好ましい。ここで、吸気系統とは、吸気取り入れ口から内燃機関の吸気ポートまでの間の吸気通路であり、例えば、吸気管、及び吸気管から分岐して内燃機関の吸気ポートに接続される吸気マニホールドが挙げられる。又、吸気は、新気（排気を含まない新鮮な空気）の他、排気の一部が吸気系統へ還流（再循環）されて新気と混合された混合ガスを含む。
又、上記実施形態のガスセンサ素子１０は、いわゆる全領域空燃比センサであるが、空燃比センサの他、酸素センサ（λセンサ）、ＮＯｘセンサを用いることができる。
なお、吸気側の特定ガス濃度を検出して内燃機関を制御した場合、排気側にガスセンサを設けて排気中の特定ガス濃度を検出する場合に比べ、内燃機関を精度よく制御できる。これは、排気中の特定ガス濃度に応じた制御がフィードバック制御であるのに対し、吸気側の特定ガス濃度に応じた制御は、燃焼前に対応ができるからである。

なお、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じたガスセンサ素子１０からの出力は、電極パッド１２ａから上記導電部材３１、３２、７０を経て外部回路に電気的に取り出される。ここで、「外部回路」とは、コネクタ部６３に雌コネクタを介して接続されるガスセンサのコントローラ（マイクロコンピュータ）や、車両側のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）が例示される。

第１の実施形態に係るガスセンサ２００においては、ハウジング５０と放熱部材４００との接合面の後端Ａは、放熱部材４００と樹脂部材６０との接続面の先端Ｂより先端側に位置している。つまり、軸線方向Ｏに沿い、ハウジング５０と樹脂部材６０との間に放熱部材４００が介在している。そのため、ハウジング５０側からの熱は樹脂部材６０に直接伝わらず、ハウジング５０より熱伝導率が高い放熱部材４００で放熱されるので、樹脂部材６０の劣化や変形を抑制することができる。
又、ガスセンサ素子１０を囲むハウジング５０は、放熱部材４００より熱伝導率が低い材料から構成されているため、ガスセンサ素子１０の冷えを防止することができる。
なお、第１の実施形態において、放熱部材４００は、取り付け対象体３００に取り付けられる取付け部４０２を一体に備えているため、取付け部４０２から取付ネジ（ボルト）を介して取り付け対象体３００に熱が放散され、放熱部材４００の放熱効果が向上する。

次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ２１０の構成について説明する。ガスセンサ２１０は、放熱部材４１０及びハウジング５００の構造が第１の実施形態と異なること以外は、第１の実施形態と同一であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図７は、ガスセンサ２１０の内部に保持されるガスセンサ素子１０の一例の概略構成を示す斜視図である。第１の実施形態と同様、ガスセンサ素子１０はハウジング５００及び外側プロテクタ１００に保持及び収容され、素子アセンブリ１５２を構成している。なお、第１の実施形態のＯリング９５は装着されていない。
図８は、ガスセンサ２１０の構成を示す斜視図である。第１の実施形態と同様に、放熱部材４１０の後端側に樹脂部本体６１がインサート成型され、樹脂部本体６１に蓋部６２が被せられている。但し、第２の実施形態においては、放熱部材４１０の先端側から素子アセンブリ１５２が挿入され、両者が加締め接合されている。

図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図であり、第１の実施形態の図３に対応した図である。この図において、ハウジング５００の軸方向の先端寄りに径大部５２０が形成され、径大部５２０より先端の先端係合部５６に外側プロテクタ１００が固定されている。径大部５２０の後端は段状の後端向き面５２０ｓを形成している。又、ハウジング５００の径大部５２０より後端寄りの外周には、放熱部材４１０との密着性を高めて接合を確実に行うため、軸線方向Ｏに沿って突没する凹凸部５００ａが形成されている。さらに、ハウジング５００の後端縁にはハウジング５００内にガスセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３が形成されている。なお、ハウジング５００の凹凸部５００ａより後端側の外周に溝部は形成されていない。
第１の実施形態と同様、放熱部材４１０は、円筒部４１３と、円筒部４１３から径方向にそれぞれ延びるフランジ部４１２とを備えている。各フランジ部４１２の中央にはそれぞれ取付孔４１２ａが貫通し、フランジ部４１２の後端側に円筒部４１３の後端部４１１が突出している。又、後端部４１１の外周面は軸線方向Ｏに沿って突没する凹凸状に形成されており、後端部４１１を囲むように樹脂部本体６１がインサート成型され、樹脂部本体６１と放熱部材４１０との密着性及び密閉性が向上する。

放熱部材４１０（円筒部４１３）の内径は、ハウジング５００の外径（径大部５２０より後端側）よりやや大きく、ハウジング５００を円筒部４１３の先端側から筒孔４１０ａに挿入可能になっている。そして、ハウジング５００を円筒部４１３に挿入し、凹凸部５００ａの外側から円筒部４１３を加締め、両者が接合される。このとき、円筒部４１３の外面と径大部５２０の外面とは面一になっている。
但し、第２の実施形態においては、円筒部４１３の先端と径大部５２０との間に、軸線方向Ｏに段状の隙間（凹溝）Ｄ１を有している。この凹溝Ｄ１は、径大部５２０の後端向き面５２０ｓと、円筒部４１３の先端面４１３ｓとの間に形成され、凹溝Ｄ１にシール部材（Ｏリング）９０が外嵌されている。
又、シール部材９０の外径は径大部５２０より大きく、ガスセンサの取り付け対象である取り付け対象体３００には径大部５２０よりわずかに径大のセンサ取り付け孔３５０が設けられている。従って、このセンサ取り付け孔３５０にガスセンサ２１０を先端側から挿入して取り付けた際、シール部材９０がセンサ取り付け孔３５０の内壁３６０で潰され、取り付け対象体３００とハウジング５００との間をシールするようになっている。
なお、第２の実施形態において、筒孔４１０ａの所定位置に先端向き面を有するストッパを突設し、円筒部４１３へのハウジング５００の挿入位置を規制してもよい。

第２の実施形態においても、ハウジング５００と放熱部材４１０との接合面の後端Ａは、放熱部材４１０と樹脂部材６０との接続面の先端Ｂより先端側に位置している。そのため、ハウジング５００側からの熱は、直接樹脂部材６０に伝わらずに放熱部材４１０で放熱されるので、樹脂部材６０の劣化や変形を抑制することができる。又、ガスセンサ素子１０を囲むハウジング５００は、放熱部材４１０より熱伝導率が低い材料から構成されているため、ガスセンサ素子１０の冷えを防止することができる。

次に、図１０を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ２１０の製造方法の一例について説明する。
まず、インサート成型される放熱部材４１０及びコネクタ端子７０を適宜金型の内部に設置する（図１０（ａ））。次に、金型内に樹脂を射出成形し、樹脂部本体６１がインサート成型される（図１０（ｂ））。そして、放熱部材４１０の筒孔４１０ａの先端側から素子アセンブリ１５２を挿入し（図１０（ｃ））、放熱部材４１０（の円筒部）とハウジングの径大部（図示せず）との間に軸線方向Ｏに隙間（凹溝）Ｄ１を設けた状態で、放熱部材４１０の外側から位置ＳＷで加締め、ハウジング（素子アセンブリ１５２）と放熱部材４１０とを接合する（図１０（ｄ））。
次に予め接続端子３１、３２を装着したセパレータ４０を、樹脂部本体６１内部に配置されたガスセンサ素子１０の後端部１２に嵌め込み（図１０（ｅ））、接続端子３１、３２を電極パッド１２ａ（図示せず）及びコネクタ端子７０に接続する（図１０（ｆ））。又、接続端子３１、３２とコネクタ端子７０とを適宜、スポット溶接等で電気的に接続する。
そして、樹脂部本体６１の開口に蓋部６２を被せ（図１０（ｇ））、樹脂部本体６１と蓋部６２との合わせ目Ｊ１を一体化（例えば、溶着）して封止し、樹脂部材６０を形成させると共に、凹溝Ｄ１にＯリング９０を嵌めてガスセンサ２１０を得る（図１０（ｈ））。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、内燃機関の吸気系統に限らず、排気系統にガスセンサを取り付けてもよい。例えば、ライトオフが増えれば排気系統においても排気が冷気となってガスセンサを冷やす場合がある。
又、放熱部材を構成するアルミニウム系金属又は銅系金属としては、純アルミニウムや純銅の他、各種アルミニウム合金や銅合金を用いることができる。具体的には、ジュラルミン、アルミニウムダイカスト、黄銅、青銅等を用いることが好ましい。一方、ハウジングとしては、ステンレス鋼、鉄材（鋳物、炭素鋼）を用いることができる。
さらに、例えば、ガスセンサにコネクタ部を一体で設けず、外部コネクタをリード線や端子等の導電部材でガスセンサに接続してもよい。又、この導電部材の一部を樹脂部材内に収容するように構成してもよい。
また、本実施例では放熱部材と樹脂部材とが直接連結された状態で説明したが、ハウジングの熱を樹脂部材へ伝えにくくするという観点から言えば、放熱部材と樹脂部材とは他部材を介して接続されているほうが、より好ましい。

又、上記実施形態ではカバーをナイロン樹脂から成型したが、他の公知である高分子材料によって成型しても何ら問題は無い。

１０ ガスセンサ素子
１１ 検出部
１２ ガスセンサ素子の後端部
１２ａ 電極パッド
３１、３２、７０ 導電部材
５０、５００ ハウジング
５１ｓ ハウジングの先端向き面
６０、６１、６２ 樹脂部材
１００ （外側）プロテクタ
２００、２１０ ガスセンサ
３００ 取り付け対象体
４００、４１０ 放熱部材
４０２、４１２ フランジ部（取付け部）
４０３ｓ 放熱部材の後端向き面
Ｏ 軸線方向

Claims (4)

1. 軸線方向に延び、自身の先端側に被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
   前記ハウジングの後端側に連結される金属からなる放熱部材と、
   前記ガスセンサ素子と外部回路とを電気的に接続する導電部材を収容すると共に、前記放熱部材と接続する樹脂部材と、を備えたガスセンサであって、
   前記ハウジングは、前記放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されているガスセンサ。
2. 前記ハウジングの先端側に配置されて前記検出部を覆うプロテクタをさらに備え、
   前記プロテクタは、前記放熱部材より熱伝導率が低い材料から構成されている請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記放熱部材は、前記ガスセンサの取り付け対象体に取り付けられる取付け部を備えている請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記ハウジングの外面に先端向き面が形成され、前記放熱部材の内面に後端向き面が形成され、
   前記先端向き面が前記後端向き面に係止しつつ、前記放熱部材が前記ハウジングを包囲している請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスセンサ。

Images