JP2011227022A - ガスセンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】予めリード線を接続したキャップ端子を容易にセンサキャップ内に収容することができるガスセンサユニットを提供する。
【解決手段】
ガス検出素子２２と、ガス検出素子の内側電極２９と接続するセンサ端子２４と、を有するガスセンサ２１と、センサ端子と接続しつつ軸線方向Ｏに延びるキャップ端子１５１と、キャップ端子の周囲を囲むキャップ体１７０と、キャップ端子の後端側に電気的に接続されると共に、キャップ体から径方向外側に向かって外部に引き出されるリード線１５３と、を有するセンサキャップ１５０と、を備えるガスセンサユニット２００であって、キャップ体は、軸線方向に交差する合わせ面１７２ｆ、１７４ｆで互いに結合する後端側キャップ体１７２と先端側キャップ体１７４とを有し、先端側キャップ体は、キャップ端子を収容すると共に、合わせ面に到達するキャップ端子孔１７４ｈ２を有し、リード線は合わせ面で挟まれている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガス検出素子を有するガスセンサと、これに装着されガスセンサの出力を外部に伝えるセンサキャップとを組み合わせたガスセンサユニットに関する。

従来から、ガス検出素子を有するガスセンサとして、様々なものが提案されている。これらのガスセンサとしては、例えば、酸素イオン導電性を有する固体電解質体からなるガス検出素子を有し、内燃機関の排気管やエンジンヘッド等の取り付け対象体に取付けられて、排気ガス中の特定ガス（例えば酸素）の濃度を検知するものが挙げられる。又、このようなガスセンサにおいては、このガスセンサからの出力を外部に伝えるため、ガスセンサの後端にはセンサキャップが着脱自在に被せられ、全体としてガスセンサユニットを構成しているものがある。（例えば、特許文献１、２参照）。

従来のガスセンサユニット９００は、図９に示すようにガスセンサ１とセンサキャップ１００を備えており、ガスセンサ１とセンサキャップ１００とは着脱可能で、かつガスセンサ１の周方向に回転自在になっている。
ガスセンサ１は、軸線方向に向かって延び、先端部が被測定ガスに晒される有底筒状のガス検出素子２と、ガス検出素子２の周囲を取り囲む主体金具３とを有している。このガス検出素子２は、自身の外側面及び内側面にそれぞれ外側電極４及び内側電極５を有している。ガス検出素子２の後端側の筒孔内には、内側電極５と接続し、ガス検出素子２からの出力信号を外部に出力する筒状の端子部材６が挿入されている。また、主体金具３の後方側には、ガス検出素子２の後端側及び端子部材６を取り囲み、主体金具３に保持された包囲体７が備えられている。

他方、センサキャップ１００は、略二重筒状のキャップ端子１０１と、キャップ端子１０１と包囲体７の後端側とを取り囲む弾性部材（例えば、ゴム部材）からなる筒状の端子包囲部１０２とを有しており、端子包囲部１０２には、包囲体７を挿入する挿通孔１１０が設けられている。キャップ端子１０１は、中心から軸線方向に延びる筒部１０１ａを有するとともに、筒部１０１ａの後端縁から径方向外側に同心円状に広がるフランジ面を有し、フランジ面の外周縁が先端側に立ち下がっている。そして、筒部１０１ａをガスセンサ１の端子部材６に挿入することで、両者が電気的に接続されて出力信号を外部装置に送信するようになっている。さらに、センサキャップ１００には、端子包囲部１０２から径方向外側に向かって突出し、キャップ端子１０１と接続するリード線１０３の周囲を覆うリード線包囲部１０４を有している。これにより、リード線１０３は、センサキャップ１００（端子包囲部１０２及びリード線包囲部１０４）から径方向外側に向かって外部に引き出されることとなる。また、センサキャップ１００には、端子包囲部１０２の径方向外側に向かって突出し、端子包囲部１０２の内部と外部とを連通する連通孔１１１を有するフィルタ包囲部１０５を有している。このフィルタ包囲部１０５の内部には、連通孔１１１を塞ぐように、通気性及び撥水性を有するフィルタ部材１０６が配置されている。

特開２００７−１０７９３５号公報 特開２００８−２５６５４４号公報

ところで、従来のガスセンサユニット９００の場合、センサキャップ１００を以下のように製造する。まず、端子包囲部１０２とリード線包囲部１０４とフィルタ包囲部１０５とが一体となった弾性部材を準備する。なお、この際、フィルタ包囲部１０５内にはフィルタ部材１０６が配置されている。そして、リード線包囲部１０４にリード線を挿通させ、リード線１０３の先端を挿通孔１１０を介して端子包囲部１０２の外部に露出させる。次に、キャップ端子１０１とリード線１０３の先端とを加締めた後、リード線１０３をリード線包囲部１０４から引っ張ることで、リード線１０３に接合されたキャップ端子１０１を端子包囲部１０２内に配置し、センサキャップ１００内にキャップ端子１０１を装着していた。
しかしながら、リード線１０３はセンサキャップ１００の径方向外側に向かって外部に引っ張られるのに対し、キャップ端子１０１はセンサキャップ１００の軸線方向に延びる端子包囲部１０２内に配置されることになるため、キャップ端子１０１を端子包囲部１０２の正規位置に配置させることが困難であり、生産効率の低下を招いていた。
そこで、本発明は、予めリード線を接続したキャップ端子を容易にセンサキャップ内に収容することができるガスセンサユニットの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサユニットは、軸線方向に延び、先端側が閉じた有底筒状のガス検出素子と、前記ガス検出素子の内表面に形成された内側電極と電気的に接続するように前記ガス検出素子の筒孔内に挿入されると共に、自身の後端部が前記ガス検出素子の後端側から突出するセンサ端子と、を有するガスセンサと、前記センサ端子と電気的に接続しつつ前記軸線方向に延びるキャップ端子と、前記キャップ端子の周囲を囲むキャップ体と、前記キャップ端子の後端側に電気的に接続されると共に、前記キャップ体から径方向外側に向かって外部に引き出されるリード線と、を有するセンサキャップと、を備えるガスセンサユニットであって、前記キャップ体は、前記軸線方向に交差する合わせ面で互いに結合する後端側キャップ体と先端側キャップ体とを有し、かつ前記先端側キャップ体は、前記キャップ端子を収容すると共に、前記合わせ面に到達するキャップ端子孔を有し、前記リード線は、前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体との前記合わせ面で挟まれている。

このような構成とすると、径方向外側に向かって引き出されたリード線と軸線方向に延びるキャップ端子とを予め接続した後であっても、後端側キャップ体を結合する前に合わせ面からキャップ端子をキャップ端子孔に収容することができる。従来のように、キャップ体主部と蓋部とが最初から一体のキャップ体の場合、径方向外側から挿通したリード線をキャップ端子の軸線方向先端まで引き入れてキャップ端子と接合した後、リード線を径方向外側に引っ張って戻すことで、キャップ端子をキャップ体のキャップ端子孔内に配置させるが、本発明ではこのような位置の調整が必要無い。その結果、キャップ端子をキャップ端子孔内の正規位置に容易に配置させることができ、生産性が向上する。
また、従来のように、リード線を引っ張る際に、キャップ端子がキャップ体に引っ掛り、リード線とキャップ端子とが外れてしまうことを防止できる。
さらに、合わせ面でリード線を挟み込んで外部に引き出すため、キャップ端子（つまり軸線方向）に対して交差する方向にリード線を容易に引き出すことができる。

なお、合わせ面は軸線方向に交差していればよく、軸線方向と垂直な方向に形成されていても良いし、軸線方向に鋭角（又は鈍角）に交差する方向に形成されていても良い。
また、リード線が、「キャップ体から径方向外側に向かって外部に引き出される」とは、軸線方向と垂直な方向に引き出されていても良いし、軸線方向に鋭角（又は鈍角）に交差する方向に引き出されていても良い。
さらに、リード線のキャップ端子に係合する先端側はキャップ端子孔に配置されて軸線方向に延びると共に、途中で曲げられて合わせ面に挟まれていても良いし、先端側がキャップ端子孔に配置されずに合わせ面に沿って延びると共に、キャップ端子に係合していても良い。

また、本発明においては、前記リード線は、前記キャップ端子孔内にて前記軸線方向に延びており、前記リード線のうち、前記キャップ端子孔内に配置された部位には、前記リード線を周方向外側から取り囲むリード線シールが配置されており、前記後端側キャップ体には、前記合わせ面から軸線方向先端側に向かって突出し、前記リード線シールに圧接する押し込み片が設けられており、前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体とを前記合わせ面で合わせた際、前記押し込み片が前記リード線シールを前記キャップ端子孔内に押し込むように構成されていてもよい。
このような構成とすると、合わせ面に比べてリード線との隙間が一定であるキャップ端子孔にリード線シールを挿入することで、リード線を外部へ引き出す為にキャップ体に形成された孔とリード線との隙間や、先端側キャップ体と後端側キャップ体との隙間から水等の異物が入ってきても、キャップ端子孔の位置で水密的にシールが可能となるため、ショート等の不具合の発生を防止できる。
このとき、上述のような構成とすると、リード線シールをキャップ端子孔内に押し込むために、専用治具を用いたり、リード線シールを押し込む工程を必要とせずに、後端側キャップ体の取付けと同時にリード線シールを押し込むことができ、生産性が向上する。
また、押し込み片は、１つの押し込み片から形成されていても、複数の押し込み片から形成されていてもよいが、好ましくは、リード線の外径より広く、かつリード線シールの外径より狭い間隔で先端側へ突出し、前記リード線シールに当接する２つの押し込み片が設けられているとよく、更に好ましくは、２つの押し込み片の軸線方向の長さが等しいと良い。このような構成をとることで、リード線シールの押し込み深さも一定とすることができ、キャップ端子孔の所定の位置にキャップ端子及びリード線シールを配置することができる。また、リード線に押し込み片が当接しないため、押し込み片からリード線に力がかかりリード線の断線を生じることを防ぐことができる。

さらに、本発明においては、前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体との前記合わせ面の少なくとも一方には、前記リード線の外径より広幅のリード線連通溝が設けられ、該リード線連通溝に前記リード線が収容されつつ前記キャップ体から外部に引き出されていてもよい。
このような構成とすると、リード線連通溝をリード線のガイドとして用いることができ、合わせ面にリード線を挟み込むことが容易かつ確実となる。

この発明によれば、予めリード線を接続したキャップ端子を容易にセンサキャップ内に収容することができる。

第１の実施形態にかかるガスセンサユニットを示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 ガスセンサとセンサキャップとを示す分割断面図である。 キャップ体主部と蓋部との組み付けを示す斜視図である。 蓋部の先端向き面の構造を示す斜視図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 キャップ体主部とシール止め具との組み付けを示す断面図である。 第２の実施形態にかかるガスセンサユニットを示す分割断面図である。 従来のガスセンサユニットを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかるガスセンサユニット２００を示す斜視図である。ガスセンサユニット２００は、ガスセンサ２１と、このガスセンサ２１の軸線方向Ｏ後端側（図１の上側）に配置されたセンサキャップ１５０とを有する。ガスセンサ２１は主体金具２５を備えた酸素センサであり、主体金具２５の先端側のネジ部２５ｂを排気管やエンジンヘッド等の取り付け対象体にネジ止めし、ガスセンサ２１の先端部分を取付対象体内に突出させ、排気ガス中の酸素濃度を計測する。又、ガスセンサ２１の先端にはプロテクタ２６が取付けられている。一方、センサキャップ１５０は略円筒状をなし、センサキャップ１５０の後端側の側方から径方向外側に向かってリード線１５３が外部に引き出されている。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。ガスセンサ２１とセンサキャップ１５０とは着脱自在にかつ互いに周方向に回転自在に結合されている。又、センサキャップ１５０は、キャップ端子１５１と、キャップ端子１５１の周囲を囲むキャップ体１７０と、キャップ端子１５１の後端側に電気的に接続されるリード線１５３とを有している。さらに、キャップ体１７０は、蓋部（特許請求の範囲の「後端側キャップ体」）１７２と、キャップ体主部（特許請求の範囲の「先端側キャップ体」）１７４とを有している。
以下、ガスセンサ２１とセンサキャップ１５０とを分割した図３を参照して、ガスセンサ２１とセンサキャップ１５０の構成をさらに詳細に説明する。

図３に示すように、ガスセンサ２１は、ガス検出素子２２、樹脂製の包囲体２３、センサ端子２４、金属製の外筒４０、及び主体金具２５を備える。
なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、センサキャップ１５０の取り付けられる側を後端側とし、この逆側を先端側として説明する。

主体金具２５はステンレス鋼からなり、円筒状に形成されている。この主体金具２５には、後述するガス検出素子２２の鍔部２２ｂを支持する内周受け部２５ａが設けられている。内周受け部２５ａは、先端側（図３の下方）に向かって縮径し、主体金具２５の内周面から径方向内側に突出する形態で周設されている。また、この主体金具２５の外側には、ガスセンサ２１を取付対象体に取付けるためのネジ部２５ｂが形成されており、このネジ部２５ｂの後端側（図３の上側）には、ネジ部２５ｂを取付対象体に螺挿するための取付工具を係合させる六角部２５ｃが周設されている。また、主体金具２５の先端側には、後述するガス検出素子２２の先端部２２ａを覆うプロテクタ２６が取付けられている。プロテクタ２６は、金属からなる円筒状の有底筒体で、取付対象体内の排気をガスセンサ２１の内部に導入するための通気孔２６ａを複数有している。

ガス検出素子２２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなり、先端部２２ａが閉塞され、軸線方向Ｏに延びる有底筒状を有している。このガス検出素子２２の外周には、径方向外向きに突出した鍔部２２ｂが設けられており、この鍔部２２ｂの先端側面と主体金具２５の内周受け部２５ａの表面との間に金属製のパッキン２７を介在させた状態で、ガス検出素子２２は主体金具２５内に配置されている。なお、ガス検出素子２２を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３またはＣａＯを固溶させたＺｒＯ_２が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ_２との固溶体を使用しても良い。さらには、これにＨｆＯ_２が含有されていても良い。

このガス検出素子２２の先端部２２ａの外周面には、外側電極２８が形成されている。この外側電極２８は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。この外側電極２８は、鍔部２２ｂの先端側面まで設けられており、金属製のパッキン２７を介して主体金具２５に電気的に接続される。このため外側電極２８の電位は、主体金具２５から取り出すことができる。
一方、ガス検出素子２２の内周面には、内側電極２９が形成されている。この内側電極２９も、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものである。

ガス検出素子２２の鍔部２２ｂの後端側にはリングパッキン３１が配置され、リングパッキン３１より後端側の主体金具２５とガス検出素子２２との間隙部分には、セラミック粉末３０が充填されている。さらに、セラミック粉末３０より後端側における主体金具２５とガス検出素子２２との間隙部分には、環状のセラミックリング３２、及び環状の金属リング３４がこの順で積層され、後述する外筒４０とともに、主体金具２５の後端縁に位置する加締め部２５ｄで加締められる。これにより、ガス検出素子２２が主体金具２５に固定されるとともに、セラミックリング３２を介してセラミック粉末３０を先端側へ押圧している。なお、セラミック粉末３０は、ガスセンサに用いられるタルク等の公知のシール材であってもよい。

包囲体２３はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の公知の樹脂からなり、後端側に縮径された後端部２３ｓを有すると共に、この後端部２３ｓよりも径大となる包囲体先端部２３ｃを有する２段の円筒状をなしている。又、包囲体先端部２３ｃのうち、後端側の外周面が切り欠かれて、後述するＯリング４２が外嵌されている。さらに、包囲体２３の内孔２３ｈの先端側には径方向内側に突出する鍔部２３ｔが形成されている。鍔部２３ｔの内径は、後述するセンサ端子２４の外径とほぼ同一である。一方、後端部２３ｓの外面には、周方向に連続する溝（凹部）２３ｇが形成されている。
なお、後端部２３ｓの外面のうち、溝２３ｇと包囲体先端部２３ｃとの間には、周方向に断続する複数個の通気孔２３ａが開口し、後述するセンサキャップ１５０の連通孔１７４ｂを介して、ガス検出素子２２の筒孔内に基準ガスを導入するようになっている。

金属製の外筒４０は、自身の内径が包囲体先端部２３ｃの外径よりやや大きい円筒状をなし、後端縁が径方向内側に延びて環状の後端面を形成しつつ、先端縁が拡径してフランジを形成している。そして、Ｏリング４２を装着した包囲体２３を外筒４０の内部に収容したとき、外筒４０の後端面の中心孔から包囲体２３の後端部２３ｓが突出するようになっている。この状態で外筒４０のフランジを加締め部２５ｄで加締めると、外筒４０の後端面がＯリング４２を先端側へ付勢し、Ｏリング４２に押されて包囲体先端部２３ｃの先端がガス検出素子２２の後端向き面に当接する。つまり、樹脂製の包囲体２３を直接加締め部２５ｄで加締める代わりに、Ｏリング４２の弾性力で包囲体２３を主体金具２５に固定している。
このようにすると、加締めが難しい樹脂製の包囲体２３を、主体金具２５に固定することができる。

センサ端子２４は、例えばインコネル（英インコネル社、商標名）からなり、筒状で、出力側端子部２４ａ、素子側端子部２４ｂ、及び両者を連結する端子接続部２４ｃを有している。
このうち、出力側端子部２４ａは、軸線Ｏに直交する断面が略Ｃ字形状の筒状である。そして、後述するキャップ端子１５１を軸線Ｏに沿う方向（図３の上下方向）に相対移動させて、出力側端子部２４ａの内側に挿入したときに、出力側端子部２４ａが弾性的に拡径するように構成されている。さらに、この出力側端子部２４ａのうち後端側（図３の上方）の周方向４カ所には、径方向内側に突出した凸状部２４１ａが形成されている。
さらに、出力側端子部２４ａのうち、凸状部２４１ａより先端側（図３の下方）の周方向３カ所には、この出力側端子部２４ａの一部を打ち抜いて径方向外側に折り曲げた外側屈曲部（抜け止め部）２４３ａが、包囲体２３の鍔部２３ｔの先端向き面と対向するように形成されている。外側屈曲部２４３ａは、ガスセンサ２１にこのセンサ端子２４が組み付けられた時点では包囲体２３の鍔部２３ｔの先端向き面（段差面）に当接していないが、振動等によりセンサ端子２４が軸線方向後端側に移動した際に、抜け止め部２４３ａと鍔部２３ｔの先端向き面とが当接することにより、それ以上センサ端子が軸線方向後端側に移動することを禁止している。つまり、外側屈曲部２４３ａは、出力側端子部２４ａ（センサ端子２４）の抜け防止の役割を果たしている。

一方、センサ端子２４のうち、素子側端子部２４ｂも、軸線Ｏに直交する断面が略Ｃ字形状の筒状を有している。この素子側端子部２４ｂは弾性的に縮径しつつ、ガス検出素子２２内に挿入されて、内側電極２９と電気的に接続している。従って、素子側端子部２４ｂは、内側電極２９を内側から径方向外側に向かって押圧しつつ電気的に接続している。

このようなセンサ端子２４は、所定形状の単一の金属板を用いて、プレス加工によって一体成形で形成するため、形成が容易で、低コストである。また、本実施形態のセンサ端子２４では、金属板を曲げ加工し、出力側端子部２４ａ及びこれより軸線方向Ｏ先端側（図３の下方）に位置する素子側端子部２４ｂを筒状に成形しているので、センサキャップ１５０内に取り込まれた基準ガス（外気）を、ガス検出素子２２の筒孔内まで導入することができる。

このようなガスセンサ２１は、次のようにして製造することができる。
まず、主体金具２５とプロテクタ２６とを溶接等により一体にする。次いで、外側電極２８及び内側電極２９が設けられたガス検出素子２２をパッキン２７と共に主体金具２５の内部に挿入する。次いで、ガス検出素子２２の鍔部２２ｂの後端側にリングパッキン３１を配置し、セラミック粉末３０を主体金具２５とガス検出素子２２との間隙部分に所定量充填する。次いで、セラミック粉末３０の後端側の上記間隙部分に、セラミックリング３２及び金属リング３４をこの順で積層する。さらに、自身の内部に包囲体２３及びＯリング４２を収容した外筒４０を、金属リング３４の後端に載せ、外筒４０を先端側に向かって加圧し、加締め部２５ｄの内側に外筒４０の先端フランジを配する。そして、この加圧状態下で、主体金具２５の加締め部２５ｄを加締めることで、上記構成部品を一体に固定する。

最後に、センサ端子２４を包囲体２３及びガス検出素子２２の内側に挿入する。具体的には、センサ端子２４の素子側端子部２４ｂを、弾性的に縮径させつつ包囲体２３の内孔２３ｈからガス検出素子２２内に挿入して、内側電極２９と電気的に接続させる。これと共に、出力側端子部２４ａを先端側に押しこんで、出力側端子部２４ａの後端に形成された止め部２４４ａを、包囲体２３の鍔部２３ｔの後端向き面に当接させる。止め部２４４ａは、出力側端子部２４ａの後端から軸線Ｏに直交しつつ、径方向外側に向かって花びら状に伸びている。このようにして、出力側端子部２４ａを包囲体２３の内側に配置する。
なお、止め部２４４ａが包囲体２３の鍔部２３ｔの後端面に当接するまで出力側端子部２４ａが押し込まれた際には、径方向内側に屈曲していた外側屈曲部２４３ａが解放されて戻っており、鍔部２３ｔの先端向き面（段差面）に対向するようになるので、センサ端子２４の抜け防止を図ることができる。このようにして、ガスセンサ２１が完成する。

次に、本実施形態のセンサキャップ１５０について、図３を参照しつつ説明する。センサキャップ１５０は、キャップ端子１５１、このキャップ端子１５１を被覆し保持するキャップ体１７０、リード線１５３、及びフィルタ部材１８０を備えている。キャップ体１７０は、詳細には、蓋部１７２、キャップ体主部１７４、及びシール止め具１７６を組み付けて構成され、これらはいずれもＰＢＴ等の樹脂からなる。

キャップ端子１５１は、例えばステンレス鋼からなり、板材をプレス加工等によって成形してなる。このキャップ端子１５１は、センサ接続部１５１ａと、このセンサ接続部１５１ａの後端側に一体に形成された芯線加締め部１５１ｂとを有している。センサ接続部１５１ａは筒状をなし、センサ接続部１５１ａの側面には、後述する抜け止め孔１５１ｃが２個開口している。又、芯線加締め部１５１ｂは、リード線１５３の芯線を加締めて電気的に接続する。
なお、芯線加締め部１５１ｂの後端には、リード線１５３を周方向外側から取り囲む円筒状のリード線シール１６２が配置されている。リード線シール１６２は、ゴム等の弾性体からなる。

キャップ体主部１７４は、二重の略円筒状をなし、後端側に環状の上面１７４ｆを有している。より詳細には、キャップ体主部１７４は主筒１７４ｔ１と内筒１７４ｔ２とを同心に配置してなり、上面１７４ｆのうち内筒１７４ｔ２との接続部分が開口し、内筒１７４ｔ２の内孔１７４ｈ２に到達している。ここで、内筒１７４ｔ２の内孔１７４ｈ２が、特許請求の範囲の「キャップ端子孔」に相当し、以下、内孔１７４ｈ２をキャップ端子孔１７４ｈ２とする。
キャップ端子孔１７４ｈ２の先端の内径は、キャップ端子１５１の外径とほぼ同一であり、内筒１７４ｔ２の先端内側にキャップ端子１５１を収容するようになっている。また、内筒１７４ｔ２の先端内側には径方向内側に突出する係止部１７４ｐが設けられ、内筒１７４ｔ２にキャップ端子１５１を挿入した際、抜け止め孔１５１ｃに係止部１７４ｐが嵌合してキャップ端子１５１の抜け防止の役割を果たしている。
なお、抜け止め孔１５１ｃに係止部１７４ｐが嵌合する位置で、センサ接続部１５１ａが内筒１７４ｔ２から先端側に露出するようになっている。

主筒１７４ｔ１の外側面の後端側には、径方向外側に突出しつつ上面１７４ｆに面一なリード線包囲部１７４ｇが形成されている。リード線包囲部１７４ｇは直方体状をなし、リード線包囲部１７４ｇの後端向き面（つまり、上面１７４ｆ）には、主筒１７４ｔ１の径方向に沿って（つまり、軸線方向Ｏに垂直に）リード線１５３を連通させるためのリード線連通溝１７４ｗが設けられている。
又、蓋部１７２は、主筒１７４ｔ１の外径と同一寸法の略円板状をなし、自身の先端向き面１７２ｆを上面１７４ｆと合わせるようにして主筒１７４ｔ１に接続されている。さらに、リード線包囲部１７４ｇと先端向き面１７２ｆ及び上面１７４ｆの両者が接合した面を挟んで対向する位置に、径方向外側に突出する蓋側リード線包囲部１７２ｇが突出し、蓋側リード線包囲部１７２ｇの先端向き面にもリード線連通溝１７２ｗが設けられている。
なお、先端向き面１７２ｆ、上面１７４ｆは、軸線方向Ｏに垂直である。又、リード線連通溝１７２ｗ、１７４ｗは、リード線１５３の外径よりやや広幅になっていて、自身の内側にリード線１５３を収容することができ、リード線１５３をキャップ体１７０の外部に引き出すことができる。リード線連通溝１７２ｗ、１７４ｗをリード線１５３のガイドとして用いることができるため、先端向き面１７２ｆ、上面１７４ｆにリード線を挟みこむことが容易かつ確実となる。

そして、蓋部１７２の先端向き面１７２ｆと主筒１７４ｔ１の上面１７４ｆとを対向させて接続した際、キャップ端子１５１の後端からキャップ端子孔１７４ｈ２を介して延びるリード線１５３が軸線方向Ｏからほぼ直角に曲げられて先端向き面１７２ｆ、上面１７４ｆの間に挟まれつつ、各リード線連通溝１７２ｗ、１７４ｗを通って外部に引き出されるようになっている。なお、先端向き面１７２ｆと上面１７４ｆとの両者が接合した面が、特許請求の範囲の「合わせ面」である。
リード線１５３は、芯線を被覆材で覆って構成されている。このリード線１５３の芯線の先端がキャップ端子１５１の芯線加締め部１５１ｂで加締められてセンサ接続部１５１ａと電気的に接続している。このため、このリード線１５３を通じて、ガスセンサ２１のガス検出素子２２の内側電極２９からの出力信号を、外部装置（例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ））に送信することが可能となる。

一方、主筒１７４ｔ１の内面は先端側で径大となり、後端部との間に段部１７４ｓを形成している。そして、主筒１７４ｔ１の先端側から主筒１７４ｔ１内に挿入した環状のキャップ体シールゴム１６０が段部１７４ｓに当接し、さらに主筒１７４ｔ１の先端側から環状のシール止め具１７６を主筒１７４ｔ１内に嵌合することで、キャップ体シールゴム１６０が段部１７４ｓの先端向き面とシール止め具１７６の後端向き面との間に保持されるようになっている。
主筒１７４ｔ１の後端部の内径、及びシール止め具１７６の内径は、外筒４０の外径よりやや大きく、外筒４０（及び包囲体２３の後端部）を主筒１７４ｔ１の内部に収容可能になっている。又、キャップ体シールゴム１６０の内径は外筒４０の外径よりやや小さく、外筒４０を主筒１７４ｔ１の内部に収容した際、キャップ体シールゴム１６０が外筒４０表面に密着して防水性を付与するようになっている。なお、キャップ体シールゴム１６０の内面には、周方向に連続するリブが軸線方向Ｏに２つ設けられており、外筒４０表面に密着し易くなっている。
主筒１７４ｔ１及びシール止め具１７６の内孔１７４ｈ１を、必要に応じて「挿通孔」と称する。又、主筒１７４ｔ１へのシール止め具１７６の固定方法については後述する。

上面１７４ｆの反対面となる先端向き面（挿通孔１７４ｈ１に面した面）のうち、主筒１７４ｔ１と内筒１７４ｔ２との間には、鉤状の係合部１７４ｅが同心円状に断続的に配置されている。又、係合部１７４ｅは軸線方向Ｏに延びる形状をなし、基端が上面１７４ｆの先端向き面に固定されて径方向に弾性的に撓むことができ、自身の鉤が径方向内側に向いている。
そして、外筒４０（及び包囲体２３）を主筒１７４ｔ１の挿通孔１７４ｈ１に収容した際、係合部１７４ｅが後端部２３ｓに押されて径方向外側に屈曲する。さらに溝２３ｇに対向する位置（包囲体２３の後端縁が上面１７４ｆの先端向き面にほぼ当接する位置）まで後端部２３ｓを挿入したとき、係合部１７４ｅの鉤が後端部２３ｓの溝２３ｇに係合し、係合部１７４ｅの屈曲が戻ってクリック感を生じさせる。このため、センサキャップの装着感が得られ、センサキャップ１５０をガスセンサ２１に確実に結合することができる。さらに、溝２３ｇが周方向に連続しているので、溝２３ｇに沿って係合部１７４ｅ（及びそれと一体化したセンサキャップ１５０）を周方向に回転させることができる。このようにして、センサキャップ１５０を、ガスセンサ２１に対し周方向に回転自在に結合することができる。

主筒１７４ｔ１の外側面のうち、軸線Ｏから見てリード線包囲部１７４ｇと反対側でかつ段部１７４ｓより後端側には、挿通孔１７４ｈ１に連通する連通孔１７４ｂが開口している。そして、連通孔１７４ｂを囲むように円環状のフィルタ包囲部１７４ｄが径方向外側に突出している。フィルタ包囲部１７４ｄの内側には、連通孔１７４ｂを塞ぐように円板状のフィルタ部材１８０が配置されている。又、フィルタ包囲部１７４ｄの環の頂部には、フィルタ部材１８０と離間して円板状のカバー１８２が装着されている。フィルタ部材１８０は通気性及び撥水性を有し、微細気孔が連続する連続多孔質構造のＰＴＦＥからなる。従って、基準ガス（外気）は、フィルタ部材１８０を通り、連通孔１７４ｂ、挿通孔１７４ｈ１、通気孔２３ａ、及びセンサ端子２４を介して、ガス検出素子２２の筒孔内まで導入される。

次に、図４〜７を参照してセンサキャップ１５０の製造方法の一例について説明する。
最初に図４を参照し、キャップ体主部１７４と蓋部１７２との組み付けについて説明する。まず、キャップ端子１５１の後端の芯線加締め部１５１ｂに、リード線シール１６２を通したリード線１５３の先端を加締める。そして、キャップ体主部１７４の主筒１７４ｔ１（図３参照）のキャップ端子孔１７４ｈ２に、このキャップ端子１５１を挿入し、リード線シール１６２より後端でリード線１５３を軸線方向Ｏからほぼ直角に横方向に曲げる。そして、キャップ端子孔１７４ｈ２から突出したリード線シール１６２と、横方向に曲げられたリード線１５３とを蓋部１７２で押さえ付ける。このとき、後述するように蓋部１７２の先端向き面１７２ｆに押し込み片が突出しているため、キャップ端子１５１及びリード線シール１６２がキャップ端子孔１７４ｈ２内に押し込められる。
このように、本実施形態では、キャップ体１７０は、先端向き面１７２ｆ、上面１７４ｆで互いに結合するキャップ体主部１７４と蓋部１７２とを有し、キャップ体主部１７４の上面１７４ｆにキャップ端子孔１７４ｈ２が到達している。そのため、径方向外側に向かって引き出されたリード線１５３と軸線方向に延びるキャップ端子１５１とを予め接続した後であっても、蓋部１７２を結合する前に上面１７４ｆからキャップ端子１５１をキャップ端子孔１７４ｈ２に収容することができる。従来のように、キャップ体主部と蓋部とが最初から一体のキャップ体の場合、径方向外側から挿通したリード線をキャップ端子の軸線方向先端まで引き入れてキャップ端子と接合した後、リード線を径方向外側に引っ張って戻すことで、キャップ端子をキャップ体のキャップ端子孔内に配置させるが、本発明ではこのような位置の調整が必要無い。その結果、キャップ端子１５１をキャップ端子孔１７４ｈ２内の正規位置に容易に配置させることができ、生産性が向上する。
また、従来のように、キャップ端子と接合後にリード線を引っ張る際に、キャップ端子がキャップ体に引っ掛り、リード線とキャップ端子とが外れてしまうことを防止できる。
更に、本実施形態では、先端向き面１７２ｆ、上面１７４ｆでリード線１５３を挟み込んで外部に引き出すため、キャップ端子１５１（つまり軸線方向Ｏ）に対して交差する方向にリード線１５３を容易に引き出すことができる。
そのうえ、上面１７４ｆ側（後端側）からキャップ端子孔１７４ｈ２にリード線１５３付きのキャップ端子１５１を挿入することができるので、キャップ端子孔１７４ｈ２の先端側からキャップ端子１５１が抜けるのを防止する機構（例えば、図３の係止部１７４ｐ）を設ければ、先端側からキャップ端子１５１が抜けるのを防止することができる。

なお、蓋部１７２の外側には、軸線方向Ｏに延びるコの字状の係止具１７２ｙが複数個（この実施形態では４個）配置され、係止具１７２ｙの中央が矩形状に開口している。一方、主筒１７４ｔ１の後端側には、各係止具１７２ｙに対向する位置に、径方向外側に突出する突片１７４ｚが複数個（この実施形態では４個）配置されている。そして、蓋部１７２で主筒１７４ｔ１の上面１７４ｆを閉塞した際、各突片１７４ｚが対応する係止具１７２ｙを乗り越え、係止具１７２ｙ中央の開口に係合し、蓋部１７２がキャップ体主部１７４に固定される。

蓋部１７２（の押し込み片）によって、キャップ端子１５１及びリード線シール１６２がキャップ端子孔１７４ｈ２内に押し込められると、既に述べたように、抜け止め孔１５１ｃに係止部１７４ｐが嵌合する位置でキャップ端子１５１が内筒１７４ｔ２（図３参照）に固定される。又、リード線シール１６２は円筒状をなし、自身の外径がキャップ端子孔１７４ｈ２の後端側の内径より若干大きいため、リード線シール１６２がキャップ端子孔１７４ｈ２表面に密着して防水性を付与するようになっている。

図５は、蓋部１７２の先端向き面１７２ｆの構造を示す。上記したように、キャップ端子１５１の後端にリード線シール１６２が通され、リード線シール１６２の後端にリード線１５３が延びている。この場合、リード線シール１６２にはリード線１５３が通されているだけであるので、リード線シール１６２をキャップ端子孔１７４ｈ２（図３参照）内に押し込むための専用治具や工程が必要となる。
そこで、蓋部１７２の先端向き面１７２ｆにリード線連通溝１７２ｗを設けると共に、このリード線連通溝１７２ｗの終端となる蓋部１７２の中心溝１７２ｚの外周に、先端に向かって立ち下がる押し込み片１７２ｒを形成する。押し込み片１７２ｒは、中心溝１７２ｚの外周内側に沿って設けられ、軸線方向Ｏに垂直な断面が半月状をなしている。又、押し込み片１７２ｒがリード線１５３と干渉せずにこれを跨ぐよう、リード線連通溝１７２ｗの延びる方向と垂直で、かつ中心溝１７２ｚの外周上の対向する２箇所に押し込み片１７２ｒがそれぞれ配置されている。又、中心溝１７２ｚの外径は、キャップ端子孔１７４ｈ２の後端部の径とほぼ同一である。さらに、各押し込み片１７２ｒの間隔ＣＬはリード線１５３の外径よりやや広く、リード線シール１６２の外径より狭い。このように、蓋部１７２を上面１７４ｆに合わせた際、各押し込み片１７２ｒはリード線１５３に当接せずにリード線シール１６２に当接するよう配置されている。
なお、リード線１５３に押し込み片１７２ｒが当接しない構成であれば、リード線シール１６２を確実にキャップ端子孔１７４ｈ２に押し込むことができ、かつ押し込み片１７２ｒからリード線１５３へ力が加わって断線することを防げるので好ましいが、リード線シール１６２の押し込みを妨げない程度であって、かつリード線１５３の断線を引き起こさない程度であれば、リード線１５３と押し込み片１７２ｒは当接していてもよい。

従って、蓋部１７２で主筒１７４ｔ１の上面１７４ｆを閉塞した際、各押し込み片１７２ｒはリード線１５３を跨ぎつつ、リード線シール１６２に当接し、押し込み片１７２ｒ自身もキャップ端子孔１７４ｈ２に挿入され、リード線シール１６２をキャップ端子孔１７４ｈ２内に押し込む。そのため、専用治具を用いたり、リード線シール１６２を押し込む工程を必要とせずに、蓋部１７２の取付けと同時にリード線シール１６２を押し込むことができ、生産性が向上する。又、各押し込み片１７２ｒの軸線方向Ｏの長さが一定であるため、リード線シール１６２の押し込み深さも一定とすることができ、キャップ端子孔１７４ｈ２の所定の位置にキャップ端子１５１及びリード線シール１６２を配置することができる。
なお、押し込み片１７２ｒは上述のように２つ形成されていると、リード線シール１６２を確実にキャップ端子孔１７４ｈ２に押し込むことができて好ましいが、１つの押し込み片１７２ｒから構成されていても、３つ以上の押し込み片１７２ｒから構成されていても良い。
押し込み片１７２ｒが１つであるときは、リード線シール１６２を押し込むことができ、かつリード線を強く押さないように、キャップ端子孔１７４ｈ２より小さな直径の円柱状であって且つリード線の形状に合わせて窪みが形成されたような形状等が考えられる。
押し込み片１７２ｒが３つ以上であるときは、上述した押し込み片１７２ｒが１つ又は２つから形成されている形状を、複数に分割したような形状等が考えられる。

図６は、図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。押し込み片１７２ｒの長さがリード線シール１６２の外径とほぼ同一であり、リード線シール１６２を十分に押し込むことができる。又、キャップ端子孔１７４ｈ２の内径は、後端側で大きく、先端側で段差を生じて径小になっている。従って、キャップ端子孔１７４ｈ２の後端側はリード線シール１６２に密着する一方、先端側ではキャップ端子１５１（のセンサ接続部１５１ａ）の外径とほぼ同一の内径となってキャップ端子１５１をしっかりと保持する。

次に、図７を参照し、キャップ体主部１７４とシール止め具１７６との組み付けについて説明する。なお、本来はキャップ端子１５１、リード線シール１６２、リード線１５３等がキャップ体主部１７４に配置されているが、図７では、省略している。既に述べたように、キャップ体主部１７４の段部１７４ｓにキャップ体シールゴム１６０を収容し、さらにキャップ体主部１７４にシール止め具１７６を挿入してキャップ体シールゴム１６０を保持する。ここで、キャップ体主部１７４の主筒１７４ｔ１の側面には、複数の矩形孔１７４ａ（この例では、径方向に対向する２箇所）が開口している。又、シール止め具１７６の外側面のうち、矩形孔１７４ａに対向する位置には、径方向外側に突出する突片１７６ｐが複数個（この実施形態では２個）配置されている。そして、キャップ体主部１７４にシール止め具１７６を挿入した際、各突片１７６ｐがシール止め具１７６の弾性によって径方向内側に変形し、さらに矩形孔１７４ａに対向したときに各突片１７６ｐが径方向外側に解放されて戻り、矩形孔１７４ａに係合してキャップ体主部１７４とシール止め具１７６とが固定される。
このようにして、センサキャップ１５０が完成する。

次に、図８を参照して第２の実施形態にかかるガスセンサユニットについて説明する。第２の実施形態にかかるガスセンサユニットは、キャップ体主部１７４０と蓋部１７２０とが弾性部ＲＥで部分的に繋がっている。一方、その他の構成については第１の実施形態にかかるガスセンサユニット２００と同一であるので、同一部分についての説明を省略する。図７と同様に、本来はキャップ端子１５１、リード線シール１６２、リード線１５３等がキャップ体主部１７４０と蓋部１７２０とに配置されているが、図８では、省略している。
キャップ体主部１７４０と蓋部１７２０とは、樹脂を一体成型してなり、リード線連通溝１７２ｗ、１７４ｗの延びる方向に沿うキャップ体主部１７４０の外縁と、蓋部１７２０の外縁同士が弾性部ＲＥで繋がっている。又、蓋部１７２０のうち、蓋側リード線包囲部１７２ｇと反対側の外縁がリード線連通溝１７２ｗと垂直になっている。
一方、キャップ体主部１７４０の上面１７４０ｆは、蓋部１７２０の上記外縁に対応した部分よりフィルタ包囲部１７４ｄ側で立ち上がり、隆起部１７４０ｋを形成している。
第２の実施形態においては、キャップ端子孔１７４ｈ２にリード線１５３付きのキャップ端子１５１を挿入した後、弾性部ＲＥで折り曲げるように蓋部１７２０を上面１７４０ｆに合わせ、係止具１７２ｙに突片１７４ｚを係合し、蓋部１７２０をキャップ体主部１７４０に固定する。

第２の実施形態においても、径方向外側に向かって引き出されたリード線１５３と軸線方向に延びるキャップ端子とを予め接続した後であっても、蓋部１７２０を結合する前に上面１７４０ｆからキャップ端子１５１をキャップ端子孔１７４ｈ２に収容することができる。従来のように、キャップ体主部と蓋部とが最初から一体のキャップ体の場合、径方向外側から挿通したリード線をキャップ端子の軸線方向先端まで引き入れてキャップ端子と接合した後、リード線を径方向外側に引っ張ることで、キャップ端子をキャップ体のキャップ端子孔内に配置させたが、本発明ではこのような位置の調整が必要無い。その結果、キャップ端子１５１をキャップ端子孔１７４ｈ２内の正規位置に容易に配置させることができ、生産性が向上する。
また、従来のように、リード線１５３を引っ張る際に、キャップ端子１５１がキャップ体１７０に引っ掛り、リード線１５３とキャップ端子１５１とが外れてしまうことを防止できる。
更に、先端向き面１７２０ｆ、上面１７４０ｆでリード線１５３を挟み込んで外部に引き出すため、キャップ端子１５１（つまり軸線方向Ｏ）に対して交差する方向にリード線１５３を容易に引き出すことができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能なことは言うまでもない。例えば、ガスセンサ２１は酸素センサに限られない。又、後端側キャップ体と先端側キャップ体とは、少なくとも一部が分離していればよく、上記第２の実施形態のようにこれらの一部が繋がっていてもよい。さらに、後端側キャップ体と先端側キャップ体との結合方法等は限定されない。
又、センサ端子を雄型とし、キャップ端子を雌型としてもよい。
また、連通孔１７４ｂは、軸線Ｏから見てリード線包囲部１７４ｇと反対側に位置していなくても良く、キャップ端子孔１７４ｈ２に連通する位置に設けていればよい。

２１ ガスセンサ
２２ ガス検出素子
２４ センサ端子
２５ 主体金具
２９ 内側電極
１５０ センサキャップ
１５１ キャップ端子
１５１ｃ 抜け止め孔
１５３ リード線
１６２ リード線シール
１７０ キャップ体
１７２、１７２０ 後端側キャップ体（蓋部）
１７４、１７４０ 先端側キャップ体（キャップ体主部）
１７２ｆ、１７４ｆ 合わせ面（先端向き面と上面との接合面）
１７２ｒ 押し込み片
１７２ｗ、１７４ｗ リード線連通溝
１７４ｈ２ キャップ端子孔
１７４ｐ 係止部
２００ ガスセンサユニット
２４３ａ 外側屈曲部(抜け止め部)
Ｏ 軸線方向
ＣＬ 押し込み片の間隔

Claims (3)

1. 軸線方向に延び、先端側が閉じた有底筒状のガス検出素子と、前記ガス検出素子の内表面に形成された内側電極と電気的に接続するように前記ガス検出素子の筒孔内に挿入されると共に、自身の後端部が前記ガス検出素子の後端側から突出するセンサ端子と、を有するガスセンサと、
   前記センサ端子と電気的に接続しつつ前記軸線方向に延びるキャップ端子と、前記キャップ端子の周囲を囲むキャップ体と、前記キャップ端子の後端側に電気的に接続されると共に、前記キャップ体から径方向外側に向かって外部に引き出されるリード線と、を有するセンサキャップと、
   を備えるガスセンサユニットであって、
   前記キャップ体は、前記軸線方向に交差する合わせ面で互いに結合する後端側キャップ体と先端側キャップ体とを有し、
   かつ前記先端側キャップ体は、前記キャップ端子を収容すると共に、前記合わせ面に到達するキャップ端子孔を有し、
   前記リード線は、前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体との前記合わせ面で挟まれているガスセンサユニット。
2. 前記リード線は、前記キャップ端子孔内にて前記軸線方向に延びており、
   前記リード線のうち、前記キャップ端子孔内に配置された部位には、前記リード線を周方向外側から取り囲むリード線シールが配置されており、
   前記後端側キャップ体には、前記合わせ面から軸線方向先端側に向かって突出し、前記リード線シールに圧接する押し込み片が設けられており、
   前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体とを前記合わせ面で合わせた際、前記押し込み片が前記リード線シールを前記キャップ端子孔内に押し込むことを特徴とする請求項１記載のガスセンサユニット。
3. 前記後端側キャップ体と前記先端側キャップ体との前記合わせ面の少なくとも一方には、前記リード線の外径より広幅のリード線連通溝が設けられ、該リード線連通溝に前記リード線が収容されつつ前記キャップ体から外部に引き出されている請求項１又は２記載のガスセンサユニット。

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