JP2011145269A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングとその後端側の放熱部材とをコンパクトに接合すると共に、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し、かつ放熱部材によりガスセンサ素子の後端部に配置される電極パッド等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５００と、ハウジングの後端側に接合され、少なくとも先端部はアルミニウム系金属又は銅系金属からなる放熱部材４００と、を備えたガスセンサ１０であって、放熱部材がハウジングを径方向から包囲するよう配置され、放熱部材とハウジングとが加締め、圧入、摩擦、圧接、溶接、又は隙間嵌めの少なくともいずれかによって接合されている。
【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。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、ガスセンサ素子の周囲を保持するハウジングとを備えたものが知られている。ここで、通常、ガスセンサ素子の後端側は金属製の外筒で覆われているが、この外筒（ケース）を大型化して内部に回路基板を収納し、ノイズを遮蔽する技術が開示されている（特許文献１）。この技術においては、ハウジングの後端にフランジを設け、ケースにハウジングを挿通した際、このフランジをケースの座面で受けつつ両者をネジ止めして固定している。

特開2009-186424号公報（図１）

しかしながら、フランジを受ける座面をケースに設けると、座面にネジ止め部を形成する必要があるため、その分ケースが大きくなり、ガスセンサの小型化が困難になるという問題がある。又、特許文献１記載のガスセンサの場合、ハウジング、プロテクタ及びケースとの金属の種類について検討していないため、ガスセンサ素子を覆うハウジングやプロテクタに熱伝導性が良過ぎる（アルミニウム系又は銅系）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。一方、ケースの金属として熱伝導性が低い金属（例えば、ステンレス鋼）を用いるとケース内に熱がこもり、ガスセンサ素子に熱が伝わる可能性がある。その結果、ガスセンサ素子の後端部に配置された電極パッド等において、電気的接続の信頼性が低下する可能性がある。
そこで、本発明は、ハウジングとその後端側に配置されるケースとをコンパクトに接合すると共に、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し、かつケースによってガスセンサ素子の後端部に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金属からなるハウジングと、前記ハウジングの後端側に接合され、少なくとも先端部は金属からなる放熱部材とを備えたガスセンサであって、前記放熱部材が前記ハウジングを径方向から包囲するよう配置され、前記放熱部材と前記ハウジングとが加締め、圧入、摩擦圧接、溶接、又は隙間嵌めの少なくともいずれかによって接合されており、前記ハウジングは、前記放熱部材の先端部を構成するアルミニウム系金属又は銅系金属より、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、放熱部材がハウジングを径方向から包囲するよう配置しつつ、この両者を加締め、圧入、摩擦、圧接、溶接、又は隙間嵌めの少なくともいずれかによって接合しているので、ハウジングと放熱部材とをフランジとネジ等で接合する場合に比べ、ネジ止め部を設ける必要がなくなるため、接合部がコンパクトとなり、ガスセンサの小型化を実現することができる。
又、ハウジングの後端側に、先端部がハウジングを形成する金属よりも放熱性の高い金属でにより形成された放熱部材が位置しているため、ハウジング側からの熱が放熱部材内にこもり、ガスセンサ素子の後端部に熱が伝わることを抑制することが出来る。その結果、ガスセンサ素子の後端部に配置された電極パッド等において、電気的接続の信頼性が低下することを抑制できる。なお、放熱性の高い金属としては、アルミニウム系金属又は銅系金属が挙げられる。

また、ハウジングは、前記放熱部材の先端部を構成するアルミニウム系金属又は銅系金属よりも熱伝導率が低い金属から構成されているので、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ことを抑制できる。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ことが抑制できる。

なお、放熱部材は、先端部のみが放熱性の高いアルミニウム系金属又は銅系金属によって形成されていても良いが、より好ましくは、全体がアルミニウム系金属又は銅系金属により一体形成されていると良い。このようなガスセンサによれば、放熱部材の成形を容易に行うことが出来ると共に、ハウジング側からの熱がより外部に放熱できる。

さらに、放熱部材の先端側をガスセンサの取り付け対象に設けたセンサ取り付け孔に挿入することで、吸気管外側へのガスセンサの突き出し長さを短くすることが出来ると共に、放熱部材とガスセンサ取り付け孔壁面との間で熱伝導することにより、ガスセンサ素子の後端部に熱が伝わることを抑制することが出来る。

又、放熱部材の後端側に高分子からなる樹脂部材を形成することで、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この樹脂部材で保持（及び絶縁）することが容易となる。なぜなら、ハウジングと放熱部材後端側に配置された樹脂部材との間に放熱性の高いアルミニウム系金属又は銅系金属により形成された放熱部材先端部介在しているため、ハウジング側からの熱は直接樹脂部材に伝わらず、ハウジングより熱伝導率が高い放熱部材先端部で放熱され、樹脂部材の劣化や変形を抑制することができる。

前記放熱部材と前記ハウジングとの接合を加締め又は圧入により接合する際は、接合面の少なくとも一方に凹凸部を持つことが好ましい。
このようなガスセンサによれば、放熱部材とハウジングとの気密性が向上する。さらに、加締めにより接合する際には、接触面積が増大し、接合強度が向上する。

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付け対象の内部に混入することを防止できる。

この発明によれば、ハウジングとその後端側の放熱部材とをコンパクトに接合すると共に、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し、かつ放熱部材によってガスセンサ素子の後端部へ熱が伝わることを抑制することができる。

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１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 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６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 接続端子の構成を示す斜視図である。 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。

第１図は、本発明の第１図の実施形態に係るガスセンサの２００の斜視図、図２は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
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１５２と、素子アセンブリ１５２のハウジング５００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る樹脂部材６０とを備えている。
樹脂部材６０（正確には後述する樹脂部本体６１）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（コネクタ端子）７０を保持して絶縁している。又、セラミック製のセパレータ４０には接続端子３１、３２が装着され、接続端子３１、３２は電極パッド１２ａと導電部材７０とを接続している。さらに、詳しくは後述するが、放熱部材４００の先端側から素子アセンブリ１５２（ハウジングを含む）が挿入され、両者が加締め接合されている。
なお、この実施形態では、樹脂部材６０は、成形性の良い樹脂であるナイロン（登録商標）樹脂からなり、放熱部材４００の後端側（外部）にインサート成型されている樹脂部本体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とからなっている。

このうち、素子アセンブリ１５２について、図２、図３を用いて説明する。図３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１５２の斜視図である。なお、図３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。

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をなす。又、ガスセンサ素子１０の後端部１２には、検出素子やヒータから電極を取り出すための５つの電極パッド１２ａ（図３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面１０ａに残りの３つを有する。）が形成されている。

次に、ガスセンサ素子１０（及びそれを含む素子アセンブリ）の断面構造について説明する。
図２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、その検出部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５００内にガスセンサ素子１０を保持するための部材であり、筒底の縁部分の先端周縁部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５００に取り囲まれて保持されている。このハウジング５００はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる。具体的には、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４００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。

また、ハウジング５００の内周で先端係合部５６付近には段部５４が形成されている。この段部５４には、ガスセンサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。更に、ハウジング５００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５００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。この状態でハウジング５００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５００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５００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５００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１参照）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１１０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１１０内部に収容された検出部１１を保護している。外側プロテクタ１１０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１１０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、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。

そして、図１に示すように、樹脂部本体６１は放熱部材４００の後端側の円筒部に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、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）が樹脂部本体６１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、ガス導入孔１１５の反対側に開口６３ｂを有しつつ、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、開口６３ｂを形成するコネクタ壁６３ａがコネクタ部６３を挿通するコネクタ端子７０の周囲に設けられており、更に仕切り壁６１ｃに一体に接続している。そのため、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から樹脂部材６１の内部空間内に露出している。
なお、仕切り壁６１ｃが、５本のコネクタ端子７０の間を絶縁している。

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）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８を参照し、接続端子３１、３２の詳細な構成について説明する。この図８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。
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の先端側とで屈曲し、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２１０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２１０の軸線方向Ｏの高さが低くなり、ガスセンサ２１０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１、図２に戻り、放熱部材４００について説明する。放熱部材４００はアルミニウム系金属又は銅系金属（この例ではアルミニウム）から構成されており、ハウジング５００より熱伝導率が高い。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。又、くさび効果を利用して放熱部材と樹脂部材との密着性を高める為に、放熱部材の後端部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いる。そして、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ることで、くさび効果により樹脂部本体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４０３の先端側から筒孔４００ａに挿入可能になっている。そして、ハウジング５００を円筒部４０３に挿入し、凹凸部５００ａの外側から円筒部４０３を加締めることで、両者が接合される。このとき、円筒部４０３の外面と径大部５２０の外面とは面一になっている。
但し、円筒部４０３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の後端面５２０ｓと、円筒部４０３の先端面４０３ｓ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２００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、筒孔４００ａ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４０３へのハウジング５００の挿入位置を規制してもよい。

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。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を取付け対象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を取付け対象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、主体金具５００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。

なお、ガスセンサ２００の取付け対象としては、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が挙げられる。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５００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、接続端子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等の高さを低くして被衝突体への衝撃を和らげることができるので好ましい。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。

又、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から上記接続端子３１、３２、及び導電部材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。

次に、図４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４（ａ））。次に、金型内に樹脂を射出成形し、樹脂部本体６１をインサート成型する（図４（ｂ））。そして、放熱部材４００の筒孔４００ａの先端側から公知の手法により作成された素子アセンブリ１５２を挿入し（図４（ｃ））、放熱部材４００（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４００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４００とを接合する（図４（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４（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４（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４（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２００を得る（図４（ｈ））。

第１の実施形態に係るガスセンサ２００においては、放熱部材４００（の円筒部４０３）がハウジング５００を径方向から包囲するよう配置され、放熱部材４００とハウジング５００とが加締め接合されている。そのため、両者をフランジとネジ等で接合する場合に比べ、ネジ止め部を設ける必要がなくなるため、接合部がコンパクトとなり、ガスセンサの小型化を実現することができる。又、放熱部材４００とハウジング５００はそれぞれ異種金属から構成されているが、加締め接合の場合、異種金属であっても容易に接合することができる。

又、ハウジング５００の後端側に、ハウジング５００を形成する金属よりも放熱性の高い金属である、アルミニウム系金属又は銅系金属により形成された放熱部材４００が位置しているため、ハウジング５００側からの熱が放熱部材４００内にこもり、ガスセンサ素子１０の後端部１２に熱が伝わることを抑制することが出来る。その結果、ガスセンサ素子１０の後端部１２に配置された電極パッド１２ａにおいて、電気的接続の信頼性が低下することを抑制できる。

又、ハウジング５００は、放熱部材４００を構成するアルミニウム系金属又は銅系金属よりも熱伝導率が低い金属から構成されているので、被測定ガスの流れによってハウジング５００やプロテクタ１００から熱が奪われ、内部のガスセンサ素子１０が冷却されることを抑制できる。その結果、ガスセンサ素子１０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ことが抑制できる。

また、放熱部材４００とハウジング５００との接合を加締めにより接合する際は、接合面が凹凸部を持つことが好ましい。このようなガスセンサによれば、放熱部材４００とハウジング５００との接触面積が増大し、接合強度が向上する。

なお、ハウジング５００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５００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５００側からの熱は直接樹脂部材６０に伝わらず、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。

次に、図５〜図７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６００、コネクタ樹脂部材６５、及び及びハウジング５０の構成が第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５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５０及びプロテクタ１００に保持及び収容され、素子アセンブリ１５０を構成している。なお、ハウジング５０の外周後端側にはＯリング９５が外嵌され、放熱部材６００（後述）との接合部の隙間をシールするようになっている。又、ハウジング５０の外周先端側には先端向き面５１ｓが形成され、放熱部材６００（後述）に係止可能になっている。

図６は、ガスセンサ２１０の構成を示す斜視図である。第２の実施形態においては、第１の実施形態の樹脂部材６０と放熱部材４００に相当する構成が、アルミニウム製の放熱部材６００に置き換わっている。又、放熱部材６００は、放熱部本体６１０と蓋部６２０からなり、放熱部本体６１０はアルミニウムダイキャストにより一体成形されている。さらに、第２の実施形態においては、コネクタ樹脂部材６５は、コネクタ端子７０の長手方向中央付近を囲んでおり、５本のコネクタ端子７０を保持しつつ絶縁している。なお、コネクタ樹脂部材６５は成形性のよいナイロン（登録商標）樹脂により成型される。

放熱部本体６１０は、略円筒状をなし、ハウジング５０に取り付けられる円筒部６１０ｄと、半円筒部６１０ａと、２つの壁部６１０ｂと、壁部６１０ｂに接続する雄型のコネクタ部６３０と、仕切り片６１０ｃと、２個の半円状のフランジ部６４０と、を一体に備えている。各フランジ部６４０は壁部６１０ｂの先端側から径方向の反対側にそれぞれ延び、各フランジ部６４０の中央には、取付け対象に取り付けるための取付孔６４０ａがそれぞれ貫通している。

半円筒部６１０ａは円筒部６１０ｄの筒面と面一に形成され、半円筒部６１０ａ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６１０ｂが延びている。コネクタ部６３０は断面が長円で、ガス導入孔１１５の反対側に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）に延びる筒状をなし、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。コネクタ部６３０は２つの壁部６１０ｂに一体に接続しており、両壁部６１０ｂとコネクタ部６３０の接続部分のうち、コネクタ部６３０の後端側の内面に、壁部６１０ｂの面に垂直に延びる畝状の仕切り片６１０ｃが突設されている。

一方、コネクタ樹脂部材６５はコネクタ端子７０を埋設し、コネクタ部６３０に挿入可能な矩形断面を有する箱形をなしている。又、コネクタ樹脂部材６５は、コネクタ部６３０側に向かって段状の縮径部６５ｓを備えている。そして、コネクタ樹脂部材６５がコネクタ部６３０に挿入され、縮径部６５ｓが仕切り片６１０ｃに係止する位置で固定されるようになっている。従って、コネクタ端子７０の一端は仕切り片６１０ｃよりコネクタ部６３０側でコネクタ部６３０内に突出して雄ピンを構成し、コネクタ端子７０の他端が、仕切り片６１０ｃから半円筒部６１０ａ、２つの壁部６１０ｂ、及び仕切り片６１０ｃにより囲まれた内部空間内に露出している。
又、半円筒部６１０ａ、２つの壁部６１０ｂ、及び仕切り片６１０ｃ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）が上記した半円筒部６１０ａ、２つの壁部６１０ｂ、及び仕切り片６１０ｃにより囲まれた内部空間に収容されるようになっている。

このような放熱部本体６１０の円筒部６１０ｄの後端側から、素子アセンブリ１５０（ハウジングを含む）が圧入され、両者が接合されている。そして、円筒部６１０ｄの後端側から覗くガスセンサ素子１０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）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６２０を放熱部本体６１０に被せて両者を接合（例えば溶接）することで、ガスセンサ２１０が構成される。

図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図であり、第１の実施形態の図３に直交する方向の断面図である。この図において、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。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、プロテクタ１００が係合される先端係合部５６が形成されている。なお、ハウジング５０のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

一方、放熱部本体６１０の円筒部６１０ｄ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６１０ｄの後端側から筒孔６１０ｈに圧入可能になっている。そして、ハウジング５０を円筒部６１０ｄ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６１０ｄに圧入する際、Ｏリング９５が筒孔６１０ｈの壁面で潰され、放熱部本体６１０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２の実施形態において、円筒部６１０ｄの先端縁の内径は、筒孔６１０ｈ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６１０ｄの後端側から筒孔６１０ｈに圧入すると、円筒部６１０ｄの先端縁の後端向き面６１０ｓ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、放熱部本体６１０（円筒部６１０ｄ）からハウジング５０（及び素子アセンブリ１５０）が脱落して取付け対象の内部に混入することを防止できる。特に、ハウジング５０が放熱部本体６１０より熱伝導率が低いためガスセンサ２１０が加熱されると、ハウジング５０を囲む放熱部本体６１０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６１０ｓ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６１０ｓ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６１０ｓを、先端に向かって狭まるテーパーとしてもよい。

第２の実施形態においても、放熱部材６００（の円筒部６１０ｄ）がハウジング５０を径方向から包囲するよう配置され、放熱部材６００とハウジング５０とが圧入により接合されている。そのため、両者をフランジとネジ等で接合する場合に比べ、ネジ止め部を設ける必要が無い為、接合部がコンパクトとなり、ガスセンサの小型化を実現することができる。又、放熱部材６００とハウジング５０はそれぞれ異種金属から構成されているが、圧入の場合、異種金属であっても容易に接合することができる。
また、ハウジング５０の後端側に、ハウジング５００を形成する金属よりも放熱性の高い金属である、アルミニウム系金属又は銅系金属により形成された放熱部材４００が位置し、さらにコネクタ樹脂部材６５は放熱部材６００（コネクタ部６３０）の内部に接続している。そのため、ハウジング５０側からの熱はコネクタ樹脂部材６５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６００で放熱されるので、コネクタ樹脂部材６５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６００を構成するアルミニウム系金属又は銅系金属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。その結果、ガスセンサ素子１０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ことが抑制できる。

なお、円筒部６１０ｄの外面には、周方向に連続する凹溝Ｄ２が形成され、凹溝Ｄ２にシール部材（Ｏリング）９０が外嵌されている。シール部材９０の外径は円筒部６１０ｄの外径より大きく、ガスセンサの取付け対象である取り付け対象体３００には円筒部６１０ｄの外径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内壁で潰され、取り付け対象体３００と円筒部６１０との間をシールするようになっている。

次に、図９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、素子アセンブリ１５０を公知の手法により作成する。
その後、インサート成型される放熱部本体６１０の筒孔６１０ｈの後端側から素子アセンブリ１５０を圧入し、後端向き面６１０ｓ（図示せず）に先端向き面５１ｓを係止させて素子アセンブリ１５０を放熱部本体６１０に接合する（図６（ａ））。次に、コネクタ部６３０の開口からコネクタ樹脂部材６５を圧入し（図６（ｂ））、上記した仕切り片６１０ｃに縮径部６５ｓを係止させる（図６（ｃ））。
次に予め接続端子３１、３２を装着したセパレータ４０を、放熱部本体６１０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（ｄ））、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（ｅ））。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、放熱部本体６１０の開口に蓋部６２０を被せ（図６（ｆ））、放熱部本体６１０と蓋部６２０との合わせ目Ｊ２を一体化（例えば、溶接）して封止し、放熱部材６００を形成させてガスセンサ２１０を得る（図６（ｇ））。

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、放熱部材とハウジングとは、上記した加締め又は圧入の他、摩擦溶接、溶接、又は隙間嵌めの少なくともいずれかによって接合されていてもよい。ここで、圧入とは、放熱部材の内径がハウジングの外径より小さく、両者の間に隙間が生じずに密着していることをいう。一方、隙間嵌めは、放熱部材の内径がハウジングの外径より大きく、両者の間に隙間が生じていることをいい、この隙間に充填剤を充填したり、Ｏリングを介装させて放熱部材とハウジングとを接合させる。又、溶接としては、超音波溶接、レーザ溶接、抵抗溶接が挙げられる。

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（炭素鋼、鋳物）等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。
なお、第１実施例では放熱部材の先端側から素子アセンブリを挿入し、第２実施例では放熱部材の後端側から素子アセンブリを挿入しているが、この挿入方向はそれぞれの実施例に限定されるものではない。つまり、第１実施例のように樹脂部材と放熱部材の両者が形成されている時に、放熱部材の後端側から素子アセンブリを挿入しても良いし、その逆に、第２実施例のように樹脂部材が存在しない時に、放熱部材の先端側から素子アセンブリを挿入しても良い。
上記実施例の樹脂部材６０及び上記第２実施例のコネクタ樹脂部材６５は、ナイロン（登録商標）樹脂により成型されていたが、樹脂部材６０は他の公知である高分子材料によって成型されても何ら問題は無く、コネクタ樹脂部材６５も、他の公知である高分子材料又はセラミックによって成型され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
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、６５ 樹脂部材
１００ プロテクタ
２００、２１０ ガスセンサ
３００ 取り付け対象体
４００、６００ 放熱部材
５００ａ 接合面の凹凸
６１０ｓ 放熱部材の後端向き面
Ｏ 軸線方向

Claims (3)

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金属からなるハウジングと、
   前記ハウジングの後端側に接合され、少なくとも先端部は金属からなる放熱部材と、
   を備えたガスセンサであって、
   前記放熱部材が前記ハウジングを径方向から包囲するよう配置され、前記放熱部材と前記ハウジングとが加締め、圧入、摩擦圧接、溶接、又は隙間嵌めの少なくともいずれかによって接合されており、
   前記ハウジングは、前記放熱部材の先端部を構成する金属より、熱伝導率が低い材料から構成されているガスセンサ。
2. 前記放熱部材と前記ハウジングとが加締め又は圧入によって接合されており、
   前記放熱部材と前記主体金具との接合面のうち少なくとも一方が凹凸になっている請求項１記載のガスセンサ。
3. 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又は２に記載のガスセンサ。

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