JP2011242381A

JP2011242381A - ガスセンサユニット

Info

Publication number: JP2011242381A
Application number: JP2010286994A
Authority: JP
Inventors: Naokatu Atsumi; 尚勝渥美; Yasuhiro Fujita; 康弘藤田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-12-01
Also published as: US20110259084A1

Abstract

【課題】低コストで、かつ簡単な構成でセンサキャップの装着感が得られ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、ガス検出素子に挿入されて内側電極２９と接続し、ガス検出素子の後端側から突出するセンサ端子２４と、センサ端子の後端部の周囲を取り囲む筒状の包囲体２３と、を有するガスセンサ２１と、センサ端子と接続するキャップ端子１５１と、包囲体の後端部を取り囲む挿通孔１７４ｈ１が形成されると共にキャップ端子の周囲を囲むキャップ体１７０とを有するセンサキャップ１５０と、を備えるガスセンサ
ユニットであって、キャップ体は樹脂からなり、挿通孔には、包囲体を囲むキャップ体シール１６０が内嵌され、キャップ体は、キャップ体シールの後端向き面及び先端向き面にそれぞれ当接しつつキャップ体シールを保持する後端シール押さえ部１７４ｓ及び先端シール押さえ部を有している。
【選択図】図３

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付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１０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先端が有底の筒部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。
また、端子包囲部１０２はゴム部材により成型されているため、包囲体７と端子包囲部１０２との間はシール（水密的に密着）されており、ガスセンサ１の内部に水等の異物が侵入しショートすることを防止している。

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、ガスセンサ１との着脱のし易さ、ガスセンサ１との結合部のシール等の観点から、センサキャップ１００全体がゴム部材から構成されているが、結合部をシール可能な弾性を持つようなゴム部材は単価が高く、コスト増を招いていた。さらに、ゴム部材から形成されたセンサキャップ１００は内燃機関等から受ける熱により熱劣化を生じるため、必要に応じて交換する必要があった。

そこで、本発明は、低コストであって、且つゴムシール部材の交換が容易な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、前記センサ端子の後端部の周囲を取り囲む筒状の包囲体と、を有するガスセンサと、前記センサ端子と電気的に接続するキャップ端子と、前記包囲体の後端部の少なくとも一部を取り囲む挿通孔が形成されると共に前記キャップ端子の周囲を囲むキャップ体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、前記キャップ体は樹脂からなり、前記挿通孔には、前記包囲体を囲むキャップ体シールが内嵌され、前記キャップ体は、前記キャップ体シールの後端向き面及び先端向き面にそれぞれ当接しつつ前記キャップ体シールを保持する後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部を有している。
このような構成とすると、キャップ体を樹脂製とし、キャップ体が有する後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部の間に保持されるキャップ体シールをゴム等の弾性体から構成すればよいので、キャップ体全体をゴム部材とする場合や、キャップ体とガスセンサとの間を外部から覆い尽くす大きなゴム部材を配置するのに比べて製品コストを低減することができる。

ところで、ゴムシール部材を接合部に固定する方法の１つに、超音波溶着で接合部に溶着させ固定する方法がある。しかしながら、超音波溶着では製造上の工数が増えてしまうほか、一度溶着させると溶着したゴムシール部材を取り替えることが困難となり、熱劣化を生じた際のゴムシール部材の交換が不可能となる。
ゴムシール部材を接合部に確実に固定する他の方法として、ガスセンサ１及びセンサキャップ１００を外部から覆い尽くすような大きなゴム部材をガスセンサユニット９００の外側に嵌め込む等の方法もあるが、大きなゴムシール部材を用いるとゴム部材の体積が大きくなりコストが高くなるため、これも好ましくない。
これに対し、本発明では、後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部によりキャップ体シールを後端側と先端側との両側から保持することで、キャップ体シールを確実に保持できる。
さらに、実使用下でキャップ体シールが熱劣化を生じた際にも、キャップ体シールを容易に取り替えることが可能となる。
なお、ここで用いる「樹脂」は、天然ゴムや合成ゴム等の弾性材料（弾性ゴム）を除くものである。
また、挿通孔は包囲体の後端部の少なくとも一部を取り囲んでいれば良いが、より好ましくは、包囲体の後端部の全体を取り囲んでいると良い。

前記キャップ体は、前記後端シール押さえ部を有するキャップ体主部と、前記挿通孔を有し前記先端シール押さえ部を有するシール止め具とを別個に備え、前記シール止め具が前記キャップ体シールの先端側で前記キャップ体主部に結合されて前記キャップ体シールを保持していてもよい。
このような構成とすると、後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部を別部品とし、これらの間にキャップ体シールを保持すればよいので、生産性が向上する。

前記キャップ体主部のうち、前記キャップ体シールより先端側には凹部又は開口部が設けられ、前記シール止め具には、径方向外側に突出して前記凹部又は開口部に係合する外向係合部が設けられ、前記シール止め具が前記キャップ体主部に内嵌されていてもよい。
このような構成とすると、凹部又は開口部と、係合部とが係合したとき、クリック感を生じさせるため、シール止め具の装着感が得られる。そのため、製造工程にてシール止め具とキャップ対主部とが結合したことが容易に分かるため、シール止め具をキャップ体主部に確実に結合することができる。さらに、キャップ体主部に凹部でなく開口部が設けられていると、キャップ体の外部から開口部を介して外向係合部を押すことによりシール止め具を撓ませ、キャップ体主部とシール止め具とを取り外すことができ、キャップ体シールの交換が容易となるため、より好ましい。

前記キャップ体主部の外面に凹部又は開口部が設けられ、前記シール止め具には、前記凹部又は前記開口部に係合しつつ径方向内側に突出する内向係合部が設けられ、前記シール止め具が前記キャップ体主部に外嵌されていてもよい。
このような構成としても、凹部又は開口部と、係合部とが係合したとき、クリック感を生じさせるため、シール止め具の装着感が得られる。そのため、製造工程にてシール止め具とキャップ対主部とが結合したことが容易に分かるため、シール止め具をキャップ体主部に確実に結合することができる。さらに、内向係合部を径方向外側に引っ張ることで、キャップ体主部とシール止め具とを取り外すことができ、キャップ体シールの交換が容易となる。

前記ガスセンサユニットは、前記ガス検出素子を支持する主体金具と、前記包囲体の外側を囲む金属製の外筒とを備え、前記外筒が前記主体金具に固定されていてもよい。
包囲体はセンサ端子の周囲を取り囲むため、非伝導性の金属以外の材料（樹脂、セラミック等）又は金属の表面に絶縁加工した材料により構成される。そのため、金属製の主体金具と包囲体を直接固定するのは難しい。しかしながら、このような構成とすると、包囲体を外筒を介して主体金具に容易に固定することができる。

また、前記外筒は前記主体金具に加締め固定されていてもよい。
このような構成とすると、外筒及び包囲体を容易に主体金具に固定することができ、生産性が向上する。

軸線方向にみたときに、前記キャップ体シールの少なくとも一部は、前記センサキャップの中央よりも後端側に位置するとよい。
キャップ体シールは、ガスセンサユニットが取付けられる内燃機関の排気管やエンジンヘッド等の取付対象体の熱を受けて熱劣化を生じやすいが、このような構成とすることで、取り付対象体からキャップ体シールまでの距離を相対的に離すことが可能になるので、キャップ体シールの熱劣化を効果的に防止できる。

この発明によれば、低コストで、ガスセンサとセンサキャップとの結合部のシールが維持されることが可能なガスセンサユニットを得ることができる。

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。キャップ体主部とシール止め具との組み付けを示す断面図である。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。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。第３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付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、キャップ体主部１７４と、シール止め具１７６とを有し、これらの間にゴム製のキャップ体シール１６０が介装されている。
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に延びる有底円筒状を有している。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体としては、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ＨｆＯ２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、上記構成部品が主体金具２５に一体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の先端縁を加締め部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。
金属製の主体金具２５と樹脂性の包囲体２３とを直接固定するのは難しいが、このような構成にすると、樹脂製の包囲体２３を外筒４０を介して主体金具２５に確実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が押しこまれた際には、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。
なお、本発明においては、キャップ体１７０のうち、後述する後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部を構成する部品（この例では、キャップ体主部１７４及びシール止め具１７６）は樹脂からなることを必須とするが、それ以外の部品（この例では、蓋部１７２）は樹脂以外の部材であってもよい。但し、キャップ体１７０の構成部品すべてを樹脂製とすると、コストや組み付けの容易さの点で好ましい。

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。

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に連通している。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。

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（特許請求の範囲の「後端シール押さえ部」に相当）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内に内嵌することで、キャップ体シール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。キャップ体シール１６０は、ゴム等の弾性体からなる。
主筒１７４ｔ１及びシール止め具１７６の内孔１７４ｈ１が特許請求の範囲の「挿通孔」に相当する。
また、図２に示すように、軸線方向にみたときに、キャップ体シール１６０の後端（図４の段部１７４ｓに相当する位置）は、センサキャップ１５０の中央よりも後端側に位置している。

次に、図４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。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１６０を保持する。つまり、キャップ体シール１６０の後端向き面１６０ｂに段部（後端シール押さえ部）１７４ｓが当接し、キャップ体シール１６０の先端向き面１６０ｆにシール止め具１７６の上面（特許請求の範囲の「先端シール押さえ部」に相当）１７６ｂが当接してキャップ体シール１６０を保持している。
ここで、キャップ体主部１７４の主筒１７４ｔ１（図３参照）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。矩形孔１７４ａが特許請求の範囲の「開口部」に相当し、突片１７６ｐが特許請求の範囲の「係合部」に相当する。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。又、各突片１７６ｐが矩形孔１７４ａに係合した際、クリック感を生じさせる。このため、シール止め具１７６の装着感が得られ、シール止め具１７６をキャップ体主部１７４に確実に結合することができる。また、組み付け完了後にガスセンサユニット２００の外部から矩形孔１７４ｐを介して突片１７６ｐを押すことで、シール止め具をキャップ体主部から取り外すことができるため、組み付け完了後のキャップ体シールの交換が容易である。
なお、矩形孔１７４ａの代わりに、キャップ体主部１７４の挿通孔１７４ｈ１の内側面に、各突片１７６ｐを収容するための凹部をそれぞれ設け、該凹部と突片１７６ｐを係合するようにしてもよい。
また、矩形孔１７４ａは径方向に対向する２箇所に設けられる必要はなく、径方向からずれていても、または３つ以上でも問題はないが、製造の容易化及びシール止め具のキャップ体主部への固定を確実にすることを考えると、径方向に対向する位置に２箇所、矩形孔１７４ａが設けられていることが好ましい。

以上のように、本実施形態に係るガスセンサユニット２００によれば、キャップ体１７０（キャップ体主部１７４とシール止め具１７６）を樹脂製とし、これらの間に保持されるキャップ体シール１６０をゴム等の弾性体から構成すればよいので、キャップ体１７０全体をゴム部材とする場合や、キャップ体１７０とガスセンサ２１との間を外部から覆いつくす大きなゴム部材を配置するのに比べて製品コストを低減することができる。
また、後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部により、キャップ体シールを後端側と先端側との両側から保持することが出来るため、キャップ体シールを確実に保持できる。
さらに、実使用下でキャップ体シールが熱劣化を生じた際にも、キャップ体シールを容易に取り替えることが可能となる。
さらに、キャップ体１７０として、キャップ体主部１７４とシール止め具１７６とを別部品とした場合には、キャップ体主部１７４とシール止め具１７６とでキャップ体シールを挟んで保持すればよいので、生産性が向上する。

図３に戻り、上面１７４ｆの先端向き面（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に延びる片状をなし、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、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。

一方、主筒１７４ｔ１の外側面のうち、軸線Ｏから見てフィルタ包囲部１７４ｄと反対側には、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、蓋部１７２のうち、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。

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の後端からリード線シールゴム１６２を介して延びるリード線１５３が各リード線連通溝１７２ｗ、１７４ｗを通ってキャップ体の外部に引き出されるようになっている。
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。

次に、図５〜７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５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、リード線シールゴム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、リード線シールゴム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ゴム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ゴム１６２がキャップ端子孔１７４ｈ２内に押し込められる。
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ゴム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、リード線シールゴム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、リード線シールゴム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６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ゴム１６２が通され、リード線シールゴム１６２の後端にリード線１５３が延びている。この場合、リード線シールゴム１６２にはリード線１５３が通されているだけであるので、リード線シールゴム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り、又、各押し込み片１７２ｒの間隔はリード線１５３の外径よりやや広い。
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、自身がキャップ端子孔１７４ｈ２に挿入され、リード線シールゴム１６２に当接し、リード線シールゴム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、リード線シールゴム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ゴム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、リード線シールゴム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の所定の位置にリード線シールゴム１６２を配置することができる。

図７は、図６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ゴム１６２の外径とほぼ同一であり、リード線シールゴム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ゴム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。
そして、上記図４に示すように、キャップ体主部１７４の挿通孔１７４ｈ１にキャップ体シール１６０及びシール止め具１７６を内嵌し、キャップ体シール１６０を保持する。なお、この段階では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に配置されているが、この図４では省略している。
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とシール止め具１７６０の構成を除く、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。
第２の実施形態においては、キャップ体主部１７４０の軸線方向Ｏの長さは、第１の実施形態のキャップ体主部１７４の矩形孔１７４ａの後端縁までとなっている。一方、シール止め具１７６０の外側面は突片１７６ｐを有さずに平坦であり、シール止め具１７６０の外径が第１の実施形態のキャップ体主部１７４の外径と同一になっている。つまり、第２の実施形態においては、キャップ体主部１７４０の先端にシール止め具１７６０を同軸に結合することでキャップ体１７００が形成され、キャップ体１７００の軸線方向Ｏの長さは、それぞれキャップ体主部１７４０とシール止め具１７６０の軸線方向Ｏの長さの合計となる。

そして、キャップ体主部１７４０の外面の先端部には径方向内側に凹む凹部１７４０ｋが複数個形成されている。一方、シール止め具１７６０の外面の後端部から後端に向かって弾性片が複数個延び、各弾性片の後端には径方向内側に突出する鉤状の係合爪１７６０ｑが形成されている。
従って、キャップ体主部１７４０の先端にシール止め具１７６０を同軸に結合すると、係合爪１７６０ｑがキャップ体主部１７４０の外面に押されて径方向外側に屈曲する。さらに凹部１７４０ｋに対向する位置で、係合爪１７６０ｑが凹部１７４０ｋに係合し、係合爪１７６０ｑの屈曲が戻ってクリック感を生じさせる。このため、シール止め具１７６０の装着感が得られ、シール止め具１７６０をキャップ体主部１７４０に確実に結合することができる。
このようにして、キャップ体主部１７４０の段部１７４ｓと、シール止め具１７６０の後端向き面（先端シール押さえ部）１７６０ｂとの間に、キャップ体シール１６０が保持される。

第２の実施形態にかかるガスセンサユニットにおいても、キャップ体１７００（キャップ体主部１７４０とシール止め具１７６０）を樹脂製とし、これらの間に保持されるキャップ体シール１６０をゴム等の弾性体から構成すればよいので、キャップ体１７００全体をゴム部材とする場合や、キャップ体１７００とガスセンサ２１との間を外部から覆いつくす大きなゴム部材を配置するのに比べて製品コストを低減することができる。
また、後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部により、キャップ体シールを後端側と先端側との両側から保持することが出来るため、キャップ体シールを確実に保持できる。
さらに、実使用下でキャップ体シールが熱劣化を生じた際にも、キャップ体シールを容易に取り替えることが可能となる。

次に、図９を参照して第３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３の実施形態にかかるガスセンサユニットは、キャップ体主部とシール止め具に分割せずに、キャップ体１８００を一体に形成しているが、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。なお、キャップ体１８００の後端側に、キャップ体１８００と別個の蓋部１７２を設けてもよい。
第３の実施形態においては、挿通孔１７４ｈ１にキャップ体シール１６０を挿入し、挿通孔１７４ｈ１に設けた段部１７４ｓでキャップ体シール１６０の後端向き面を支持する点では第１の実施形態と同様である。一方、挿通孔１７４ｈ１のうち、段部１７４ｓより先端側には径方向内側に突出する弾性片１８００ｂが複数個（この例では２個）設けられている。この弾性片１８００ｂは、挿通孔１７４ｈ１の径方向の対向する位置にそれぞれ配置され、段部１７４ｓと弾性片１８００ｂとの軸線方向Ｏの間隔がキャップ体シール１６０の厚みよりわずかに大きい。

そして、キャップ体シール１６０を楕円形につぶして挿通孔１７４ｈ１から弾性片１８００ｂに当らないようにして段部１７４ｓまで挿入すると、キャップ体シール１６０が円形に戻り、キャップ体シール１６０の先端向き面が弾性片１８００ｂの後端向き面に当接する。このようにして、段部１７４ｓと弾性片１８００ｂとの間にキャップ体シール１６０が保持される。なお、弾性片１８００ｂが特許請求の範囲の「先端シール押さえ部」に相当する。
このとき、弾性片１８００ｂは、キャップ体シール１６０を保持することができれば、挿通孔１７４ｈ１の径方向の対向する位置にそれぞれ配置されていなくともよい。たとえば、奇数個の弾性片１８００ｂを周方向に等間隔に配置してもよい。

第３の実施形態にかかるガスセンサユニットにおいても、キャップ体１８００を樹脂製とし、段部（後端シール押さえ部）１７４ｓ及び弾性片（先端シール押さえ部）１８００ｂの間に保持されるキャップ体シール１６０をゴム等の弾性体から構成すればよいので、キャップ体１８００全体をゴム部材とする場合や、キャップ体１７００とガスセンサ２１との間を外部から覆いつくす大きなゴム部材を配置するのに比べて製品コストを低減することができる。
また、後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部により、キャップ体シールを後端側と先端側との両側から保持することが出来るため、キャップ体シールを確実に保持できる。
さらに、実使用下でキャップ体シールが熱劣化を生じた際にも、キャップ体シールを容易に取り替えることが可能となる。

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、キャップ体の後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部の形状は限定されない。キャップ体主部とシール止め具の形状、及びこれらの結合形態についても限定されない。又、キャップ体の挿通孔の内面に、周方向に連続する凹部を設け、この凹部にキャップ体シールを収容するようにしてもよい。
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。

２１ガスセンサ
２２ガス検出素子
２３包囲体
２４センサ端子
２５主体金具
２９内側電極
４０外筒
１５０センサキャップ
１５１キャップ端子
１６０キャップ体シール
１６０ｂキャップ体シールの後端向き面
１６０ｆキャップ体シールの先端向き面
１７０、１７００、１８００キャップ体
１７４キャップ体主部
１７４ａキャップ体主部の凹部又は開口部（矩形孔）
１７４ｈ１挿通孔
１７４ｈ２キャップ端子孔
１７４ｓ後端シール押さえ部（段部）
１７４０キャップ体主部外面の凹部又は開口部（凹部）
１７６シール止め具
１７６ｐ外向係合部（突片）
１７６０ｑ内向係合部（係合爪）
１７６ｂ、１７６０ｂ、１８００ｂ先端シール押さえ部
２００ガスセンサユニット
Ｏ軸線方向

Claims

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、前記センサ端子の後端部の周囲を取り囲む筒状の包囲体と、を有するガスセンサと、
前記センサ端子と電気的に接続するキャップ端子と、前記包囲体の後端部の少なくとも一部を取り囲む挿通孔が形成されると共に前記キャップ端子の周囲を囲むキャップ体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、
前記キャップ体は樹脂からなり、
前記挿通孔には、前記包囲体を囲むキャップ体シールが内嵌され、
前記キャップ体は、前記キャップ体シールの後端向き面及び先端向き面にそれぞれ当接しつつ前記キャップ体シールを保持する後端シール押さえ部及び先端シール押さえ部を有している、ガスセンサユニット。
前記キャップ体は、前記後端シール押さえ部を有するキャップ体主部と、前記挿通孔を有し前記先端シール押さえ部を有するシール止め具とを別個に備え、
前記シール止め具が前記キャップ体シールの先端側で前記キャップ体主部に結合されて前記キャップ体シールを保持している請求項１記載のガスセンサユニット。
前記キャップ体主部のうち、前記キャップ体シールより先端側には凹部又は開口部が設けられ、
前記シール止め具には、径方向外側に突出して前記凹部又は開口部に係合する外向係合部が設けられ、前記シール止め具が前記キャップ体主部に内嵌されている請求項２記載のガスセンサユニット。
前記キャップ体主部の外面に凹部又は開口部が設けられ、
前記シール止め具には、前記凹部又は前記開口部に係合しつつ径方向内側に突出する内向係合部が設けられ、前記シール止め具が前記キャップ体主部に外嵌されている請求項２記載のガスセンサユニット。
前記ガス検出素子を支持する主体金具と、前記包囲体の外側を囲む金属製の外筒とを備え、前記外筒が前記主体金具に固定されている請求項１〜４のいずれか記載のガスセンサユニット。
前記外筒は前記主体金具に加締め固定されている請求項５記載のガスセンサユニット。
軸線方向にみたときに、前記キャップ体シールの少なくとも一部は、前記センサキャップの中央よりも後端側に位置する請求項１〜６のいずれか記載のガスセンサユニット。