JP2012088179A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタを保護しつつ通気量を確保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。
【解決手段】外筒３の外部の大気は、大気導入孔３５から大気流通溝９７に導入され（矢印Ａ）、大気流通溝９７に沿って流れ、大気流通孔９８に到達する（矢印Ｂ）。さらに大気はフィルタ８を通過し、大気流通溝９６に沿って流れ、セパレータ２の通気溝２６に流入する（矢印Ｃ）。大気は、セパレータ２のリード線孔２４とリード線１８との間隙を通過し、収容部２３内に流入する（矢印Ｄ）。このように外筒３の内部に導入される大気に、検出素子の基準電極を晒すことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、被検出ガスを検出するためのガスセンサに関する。

従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス（例えば酸素）を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば酸素センサの検出素子は、先端側が閉じた有底筒状に形成された固体電解質体の表面上に、固体電解質体を挟む一対の電極が形成された構造を有する。具体的には、固体電解質体の外周面上に排気ガス中に晒される検出電極が形成され、内周面上に基準となるガス（通常は大気）中に晒される基準電極が形成されている。この検出素子は、固体電解質体に隔てられた２つの雰囲気間、すなわち排気ガスと基準ガス（大気）との間における酸素分圧の差に応じ、両電極間に生ずる起電力によって排気ガス中の酸素の検出を行うものである。

このようなガスセンサにおいて、固体電解質体は、略中央部の径方向周囲を主体金具に取り囲まれて保持され、後端側の径方向周囲を外筒に取り囲まれて保護されている。さらに外筒の後端側の開口が栓部材によって塞がれている。この際、ガスセンサでは、基準電極側（つまり、外筒内部）に大気を導入し、基準電極を大気に晒す必要がある。そこで、外筒（保護カバー）の段部に大気導入孔（空気導入口）が開口され、栓部材（弾性部材）に、大気導入孔から導入される大気を外筒内に導く通気路（通気貫通孔）が設けられたガスセンサが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１では、大気導入孔と通気路との間にフィルタ（通気フィルタ）が設けられている。このフィルタによって、大気導入孔から大気を導入しつつも水滴等の浸入が防止されている。そして、大気導入孔と通気路との間にフィルタを固定するため、段部の内面と、その段部に当接する栓部材の後端向き面との間にフィルタが挟まれている。

特開２００７−１５５５１７号公報

しかしながら、特許文献１では、フィルタが大気導入孔を介して外筒の外部に剥き出しの状態となるため、フィルタが外部から飛来した異物等による衝撃を受けると破れてしまう虞がある。フィルタを保護するには大気導入孔の開口面積を小さくし、大気導入孔内に異物等が入りにくくなるようにするとよい。しかし、特許文献１では、フィルタが大気導入孔の開口に密着しており、大気導入孔の開口面積の大きさがフィルタの通気量を決定する最も主な要因（いわゆる律速）となるため、大気導入孔の開口面積を小さくするとフィルタを介した大気の通気量が低下してしまう。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、フィルタを保護しつつ通気量を確保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。

本発明の実施態様によれば、軸線方向に沿って延び、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、先端側が前記主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と、前記外筒の後端側の開口を塞ぐ栓部材と、を備えるガスセンサであって、前記栓部材は、自身の後端向き面に対して先端側に窪む第一溝部と、前記第一溝部の内面と該栓部材の先端向き面とを繋ぐ大気流通孔と、前記大気流通孔を閉塞する通気性を有するフィルタと、を備え、前記外筒は、前記第一溝部を閉塞するように前記後端向き面に接すると共に、径方向内側に向かって延びる段部を有し、該段部は、前記外筒内外を連通すると共に、前記大気流通孔よりもそれぞれの開口面積が小さい複数の大気導入孔を有し、前記第一溝部は、２つ以上の前記大気導入孔に連通することを特徴とするガスセンサが提供される。

実施態様に係るガスセンサは、外筒の段部を介して外筒内外を連通する大気導入孔の開口面積が、第一溝部の内面と栓部材の先端向き面とを繋ぐ大気流通孔の開口面積よりも小さいので、例えば異物等が飛来しても、外筒の外部から内部へ入り込むことを抑制することができる。また、フィルタは、第一溝部を介して大気導入孔と離間した大気流通孔に配置されている。つまりフィルタは、直接、大気導入孔に面しておらず、外筒の外部に対して露出しないので、たとえ外部から飛来した異物等が大気導入孔を介して外筒の内部に進入したとしても、フィルタに衝突しにくく、フィルタを保護することができる。

また、大気導入孔は複数設けられ、第一溝部には２つ以上の大気導入孔が連通されているので、大気導入孔のそれぞれの開口面積が大気流通孔よりも小さくとも、大気流通孔を流通する大気の流通量を、複数の大気導入孔によって十分に確保することができる。よって、大気導入孔の開口面積の大きさが、フィルタを通過する大気の流通量の律速となることがなく、外筒の内部に十分な量の大気を導入することができる。したがって、フィルタの保護と通気量の確保を同時に満たすことができる。

また、第一溝部が栓部材の後端向き面に対して先端側に窪む形態であるため、第一溝部を介した大気導入孔と大気流通孔との間における大気の連通を図るには、第一溝部が大気導入孔および大気流通孔に連通すれば足りる。ゆえに、ガスセンサの組み立ての際に、大気導入孔と大気流通孔との位置あわせを厳密に行う必要がなく、生産過程における手間を軽減できる。

実施態様に係るガスセンサにおいて、前記フィルタは、前記第一溝部の内部に突出しないように、前記大気流通孔内に配置されていてもよい。フィルタが第一溝部の内部に突出しなければ、フィルタと大気導入孔との間に必ず第一溝部を介在させることができ、ゆえに、フィルタが大気導入孔に面することを確実に防止できる。よってフィルタが外筒の外部に露出することがなく、たとえ外部から飛来した異物等が大気導入孔を介して外筒の内部に進入したとしても、フィルタに衝突しにくく、フィルタを保護することができる。

実施態様に係るガスセンサにおいて、前記フィルタは、前記栓部材と一体に成形されてもよい。フィルタを栓部材と一体に成形すれば、栓部材の形成時に、栓部材への埋設部分におけるフィルタの気孔内に栓部材の成形材料を流れ込ませることができ、フィルタを大気流通孔内に確実に固定することができる。

実施態様に係るガスセンサにおいて、前記外筒の前記段部には、後端側に向かって突出する凸部を有し、前記大気導入孔は、該凸部の側面に形成されてもよい。大気導入孔が凸部の側面に形成されることによって、外筒の後端側から見た場合の大気導入孔の開口が、凸部によって覆われる。ゆえに、例えば異物等が飛来しても、外筒の後端側から軸線方向に沿う向きに直線的に大気導入孔内へ進入することができず、フィルタの保護をより確実に行うことができる。

実施態様に係るガスセンサにおいて、前記外筒の後端側には、前記軸線方向における前記第一溝部または前記大気流通孔が形成された位置を避けて、前記外筒を前記栓部材へ向けて内向きに加締めて前記外筒内に前記栓部材を保持する加締部が形成されてもよい。栓部材が外筒に加締められることによって、栓部材を外筒に保持させることができる。また、栓部材が外筒に加締められることによって、栓部材の後端向き面と外筒の段部との接触が確実になされ、第一溝部の閉塞を、より確実に行うことができる。さらに、加締部が、軸線方向における第一溝部または大気流通孔の形成位置を避けて形成されることによって、第一溝部や大気流通孔が潰されることがなく、大気の流通量を確保することができる。

実施態様において、前記ガスセンサは、前記外筒内で前記栓部材よりも先端側にて前記栓部材の前記先端向き面に当接して配置され、前記検出素子の検出信号を外部回路に取り出すための複数のリード線を互いに絶縁した状態で自身の内部に収容するとともに、自身の内部を介して大気が流通するセパレータ側流通部を有するセパレータをさらに備えてもよい。そして、前記栓部材は、前記先端向き面に対して後端側に窪み、前記大気流通孔と前記セパレータ側流通部とを連通する第二溝部をさらに備えてもよい。セパレータが栓部材の後端向き面に当接して配置されることによって、栓部材がセパレータと外筒との間に挟まれる。よって、栓部材の後端向き面と外筒の段部との接触状態が維持され、第一溝部の閉塞を、より確実に行うことができる。言い換えると、大気導入孔から導入される大気が、第一溝部から漏れることがない。また、セパレータ側流通部と大気流通孔とが第二溝部を介して連通することができるので、セパレータと外筒との間に栓部材を挟んでも、外筒内部への大気の流通経路を確保することができる。

実施態様に係るガスセンサにおいて、前記外筒の前記加締部は、前記軸線方向における前記第二溝部が形成された位置を避けて形成されてもよい。加締部が、軸線方向における第二溝部の形成位置を避けて形成されることによって、第二溝部が潰されることがなく、大気の流通量を確保することができる。

ガスセンサ１の縦断面図である。 ガスセンサ１の後端側を拡大してみた縦断面図である。 ガスセンサ１を組み立てる前の状態の外筒３、グロメット９およびセパレータ２を部分的に断面でみた斜視図である。 外筒３の外部から内部に大気を導入する経路を説明するためのガスセンサ１を部分的に断面でみた斜視図である。 変形例としてのガスセンサ１０１の後端側を拡大してみた縦断面図である。 変形例としての外筒２０３の後端側を拡大し、部分的に断面でみた斜視図である。 変形例としてのガスセンサ３０１の後端側を拡大してみた縦断面図である。 変形例としてのグロメット４０９の斜視図である。

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施の形態のガスセンサ１の構造について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１に示すガスセンサ１は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管（図示外）に取り付けられて使用されるものである。以下では、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向において、排気管内に挿入される検出素子６の先端に向かう側（閉じている側であり図中下側）を先端側とし、これと反対方向に向かう側（図中上側）を後端側として説明するものとする。

図１に示すガスセンサ１は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の濃度を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子６を主体金具５に保持した構造を有する。ガスセンサ１からは、この検出素子６の出力する信号を取り出したり、検出素子６に併設されるヒータ７への通電を行ったりするためのリード線１８が引き出されている。各リード線１８は、ガスセンサ１とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）に電気的に接続されている。

ガスセンサ１の検出素子６は、ジルコニアを主成分とし、軸線Ｏ方向に延びる有底筒状に形成した固体電解質体６１の表面（内周面および外周面）に、一対の電極を形成したものである。固体電解質体６１の内周面には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる基準電極６２が、そのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。固体電解質体６１の外周面には、基準電極６２と同様に、ＰｔまたはＰｔ合金からなる検出電極６３が、多孔質状に形成されている。

検出素子６の先端側（閉じている側）は検出部６４として構成され、外周面の検出電極６３が排気管（図示外）内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないが、検出電極６３は、耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子６の軸線Ｏ方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部６５が設けられている。そして、検出素子６の有底筒内には、固体電解質体６１を加熱して活性化させるため、棒状のヒータ７が挿入されている。

検出素子６は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具５に取り囲まれた状態で、その主体金具５の筒孔５５内に保持されている。主体金具５はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部（図示外）に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。雄ねじ部５２よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ４が係合される先端係合部５６が形成されている。検出素子６の検出部６４は、先端係合部５６よりも先端側に突出されている。

主体金具５の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、ガスセンサ１を排気管の取付部（図示外）に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット１１が嵌挿されている。そして主体金具５の後端側には、自身の筒孔５５内で保持する検出素子６を加締め固定するための加締部５７が設けられている。検出素子６の後端部６６は、この加締部５７よりも後端側に突出されている。また、工具係合部５３と加締部５７との間には、外周に、後述する外筒３の先端部３１が係合される後端係合部５８が形成されている。

次に、主体金具５の筒孔５５内の先端側には、その内周を径方向内側に向けて突出させた段部５９が設けられている。段部５９には、金属製のパッキン１２を介し、アルミナからなる筒状の支持部材１３が係止されている。支持部材１３の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン１４を介し、検出素子６のフランジ部６５が支持部材１３により支持されている。さらに筒孔５５内には、支持部材１３の後端側に滑石粉末からなる充填部材１５が充填され、その充填部材１５を支持部材１３との間で挟むように、充填部材１５の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ１６が配置されている。

スリーブ１６の後端側には環状のリング１７が配置されており、主体金具５の加締部５７を内側先端方向に加締めることで、リング１７を介し、スリーブ１６が充填部材１５に対して押しつけられている。この加締部５７の加締めを通じ、充填部材１５が、主体金具５の段部５９に係止された支持部材１３に向けて検出素子６のフランジ部６５を押圧するよう主体金具５の筒孔５５内に圧縮充填される。筒孔５５の内周面と検出素子６の外周面との間の間隙は、充填部材１５によって気密に埋められる。このように、検出素子６は、主体金具５の加締部５７と段部５９との間において挟持された各部材を介し、主体金具５の筒孔５５内で保持されている。

次に、主体金具５の先端係合部５６には、その先端係合部５６から軸線Ｏ方向の先端側に向け突出された検出素子６の検出部６４を覆うプロテクタ４が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ４は、ガスセンサ１が排気管に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子６の検出部６４を、排気ガス中に含まれる水滴や飛石など、異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ４は有底筒状をなし、開放された側の周縁部が先端係合部５６に接合される。プロテクタ４の外周面には、排気ガスを内部に導入して検出素子６の検出部６４へと導くための複数の導入口４２が開口されている。また、プロテクタ４の底面には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口４３が開口されている。

次に、検出素子６の後端部６６よりも軸線Ｏ方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ２が配置されている。図２，図３に示すように、セパレータ２は、軸線Ｏ方向に延びる筒状の胴部２１を有し、胴部２１の後端に、径方向に円形の鍔状に広がる鍔部２２が設けられ、断面Ｔ字状に形成されている。セパレータ２は、胴部２１の内部に収容部２３を有する。収容部２３は、図２に示す複数のリード線１８のそれぞれの先端に設けられた接続端子１９，２０が互いに接触しないように区画分けされ、各接続端子１９，２０を分離した状態で収容する。また、収容部２３内にはヒータ７の後端部７１も収容される。

なお、本実施の形態では、検出素子６の基準電極６２および検出電極６３への接続用の２本と、ヒータ７への通電用の２本の合計４本のリード線１８が使用される。図１，図２には、そのうちの検出素子６用の２本のリード線１８が図示されている。検出素子６のリード線１８の各先端には接続端子１９が設けられている。各接続端子１９の先端部２８，２９は、それぞれ筒状に設けられている。一方の接続端子１９の先端部２８は、検出素子６の後端部６６の外周に被せられ、検出電極６３との導通が図られる。また、他方の接続端子１９の先端部２９は、検出素子６の後端部６６の筒穴内に挿入され、基準電極６２との導通が図られる。ヒータ７は、先端部２９内を挿通されている。ヒータ７用の２本のリード線１８に設けられる接続端子２０は、ヒータ７の後端部７１にそれぞれ接合される。なお、図１，図２には、そのうちの一方の接続端子２０が図示されている。

また、図２，図３に示すように、セパレータ２の鍔部２２には、４つのリード線１８をそれぞれ独立に通すためのリード線孔２４が、鍔部２２を貫通して形成されている。各リード線孔２４は、４つの接続端子１９，２０がそれぞれ収容される収容部２３内の区画に対応する位置に開口されている。リード線孔２４は、リード線１８が挿通されてもリード線１８によって塞がれないように、内径が、リード線１８の外径よりも大きく形成されている。収容部２３は、リード線孔２４を介してセパレータ２を軸線Ｏ方向に貫通し、セパレータ２よりも先端側と後端側との間において、収容部２３およびリード線孔２４を介した通気が可能となっている。

鍔部２２の後端面２５は、後述するグロメット９の大径部９２の先端面９４の大きさとほぼ同じ大きさとなるように形成されている。ガスセンサ１が組み立てられた場合に、鍔部２２の後端面２５とグロメット９の大径部９２の先端面９４とが当接する（図２参照）。図３に示すように、鍔部２２の後端面２５には、中央付近から径方向の四方に溝状に延びる４つの通気溝２６（図３ではそのうちの３つを示す）が形成されている。各通気溝２６は、後端面２５の中央付近において、４つのリード線孔２４の開口（図３ではそのうちの３つを示す）を結んで接続されている。また、セパレータ２の先端には収容部２３から先端側に突出する突起部２７が設けられている。図２に示すように、ガスセンサ１が組み立てられた際に、突起部２７は、前記他方の接続端子１９の先端部２９を挟み、検出素子６の後端に当接するように構成されている。

次に、セパレータ２の後端側には、フッ素系ゴムからなるグロメット９が配置されている。図２，図３に示すように、グロメット９は、軸線Ｏ方向に延びる円柱状の小径部９１と、小径部９１の先端側に設けられ、小径部９１よりも外径が大きく、軸線Ｏ方向の長さは小径部９１よりも小さな大径部９２とからなる。なお、図２では、後述する外筒３の小口部３３において加締部３６が径方向内向きに加締められ、それに合わせてグロメット９の小径部９１が変形した状態が図示されており、加締め前の小径部９１の形状は、図３に示すように、円柱状である。

図２，図３に示すように、グロメット９には、小径部９１および大径部９２を貫いて軸線Ｏ方向に貫通する４つのリード線孔９３が形成されている。各リード線孔９３の開口位置は、ガスセンサ１が組み立てられた際に、それぞれがセパレータ２の４つのリード線孔２４の開口位置に合うように位置決めされている。また、リード線孔９３の内径はリード線１８の外径とほぼ同じに形成されており、小径部９１が加締められるとリード線１８がリード線孔９３に密着し、リード線孔９３を介した通気ができないように構成されている。

大径部９２は、軸線Ｏ方向の先端側を向く先端面９４と、後端側を向く後端面９５とを有する。先端面９４は、上記したように、セパレータ２の後端面２５の大きさとほぼ同じ大きさに形成されている。ガスセンサ１が組み立てられた際に、検出素子６の後端と後述する外筒３との間にグロメット９とセパレータ２とが挟まれることによって、大径部９２の先端面９４とセパレータ２の後端面２５とが当接し、密着状態となる。また、大径部９２の後端面９５からは上記した小径部９１が突出するように延びており、後端面９５は、小径部９１を取り囲む円環状をなしている。

また、大径部９２の先端面９４と後端面９５とには、それぞれに、外周に沿って円環状をなす溝として形成された大気流通溝９６と大気流通溝９７とが設けられている。大気流通溝９６と大気流通溝９７とは、軸線Ｏ方向において互いに対応する位置に形成されている。大径部９２の大気流通溝９６は、上記したように、大径部９２の先端面９４とセパレータ２の後端面２５とが密着することによって、大気の流路として構成される。同様に、セパレータの通気溝２６も大気の流路として構成され、大気流通溝９６の流路と重なる部分において、通気溝２６と大気流通溝９６の流路同士が接続される。

そして、大気流通溝９６および大気流通溝９７の周方向の１箇所において、大気流通溝９６の内面と大気流通溝９７の内面と繋ぐ大気流通孔９８が軸線Ｏ方向に貫通して形成されている。大気流通孔９８内には板状のフィルタ８が埋設され、大気流通孔９８を塞いでいる。フィルタ８は、気孔が連続する多孔質のＰＴＦＥを板状に形成したものであり、通気性および水密性を有する。フィルタ８はグロメット９と一体に成形され、グロメット９の形成時に埋設部分における気孔内にグロメット９の成形材料が流れ込むことによって、大気流通孔９８内に確実に固定されている。

フィルタ８は、大気流通溝９６内および大気流通溝９７内に、突出されていない。つまり、フィルタ８と、後述する外筒３の大気導入孔３５との間に大気流通溝９７が介在する。ゆえに、フィルタ８は大気導入孔３５に面しておらず、外筒３の外部に露出していない。

次に、主体金具５の後端側には、軸線Ｏ方向に延びる筒状の外筒３が組み付けられる。外筒３は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状に形成した胴部３２を有する。胴部３２の軸線Ｏ方向先端側の開口部分である先端部３１は、主体金具５の後端係合部５８に係合される。さらに先端部３１の外周が一周にわたって加締められた上でレーザ溶接されることによって、外筒３は主体金具５に固定される。これにより、外筒３と主体金具５との間のつなぎ目を介した外筒３の内部の水密性が保たれている。

外筒３の胴部３２の後端側には、胴部３２よりも外径を細らせた小口部３３が形成されている。胴部３２と小口部３３との間の部位は径方向に折り曲げられて段状をなす段部３４によって接続されている。段部３４において軸線Ｏ方向の先端側を向く内面は、ガスセンサが組み立てられた際（図２参照）に、グロメット９の大径部９２の後端面９５に当接して密着する。言い換えると、段部３４の内面と、大径部９２の後端面９５とが密着することによって、大径部９２の大気流通溝９７が、大気の流路として構成される。

外筒３の段部３４には、段部３４を貫通して外筒３の内部と外部とを通気可能に連通し、外部から大気を導入するための複数の大気導入孔３５が設けられている。本実施の形態において、大気導入孔３５は、段部３４の壁面の一部を外向き（軸線Ｏ方向後端向き）に突出させた凸部３７の側面の開口から、段部３４を貫通して、外筒３の内部と外部とを連通する形態に形成されている。より具体的には、段部３４を貫通する２本の平行な切り込みの中央を、段部３４の内面側から外面側へ押し上げることによって凸部３７が形成され、その凸部３７の側面と段部３４の外表面との間に生じた開口が、大気導入孔３５の開口として形成されている。凸部３７の側面に開口が設けられることによって、大気導入孔３５を軸線Ｏ方向の後端側から見た場合の大気導入孔３５の開口が、凸部によって覆われる。

大気導入孔３５は、ガスセンサ１が組み立てられた際（図２参照）に、軸線Ｏ方向においてグロメット９の大気流通溝９７に対応する位置で、段部３４の複数箇所（本実施の形態では４箇所）に設けられている。そして大気流通溝９７は、２つ以上の大気導入孔３５（本実施の形態では４箇所すべての大気導入孔３５）に連通している。また、１つの大気導入孔３５は、開口面積が、グロメット９の大気流通孔９８の開口面積よりも小さくなるように形成されている。そして、大気流通溝９７に連通するすべての大気導入孔３５の開口面積の合計は、大気流通孔９８の開口面積よりも大きくなるように形成されている。

外筒３の胴部３２は、内径が、グロメット９の大径部９２やセパレータ２の鍔部２２よりも大きく形成されている。すなわち、ガスセンサ１の組み立ての際に、外筒３内にグロメット９およびセパレータ２を挿入するためのクリアランスが確保されている。また、小口部３３は、内径が、グロメット９の小径部９１よりも若干大きく形成されている。小口部３３は、ガスセンサ１の組み立ての際に、後端側の一部が加締部３６として、内部に配置されるグロメット９の小径部９１ごと、径方向内向きに加締められる（図２参照）。この加締めによって、小口部３３における加締部３６の内周面と小径部９１の外周面とが密着し、両者間を介した大気の流通が防止される。

このような構造を有するガスセンサ１は、製造過程において、図２に示すように、グロメット９のリード線孔９３内にリード線１８が挿通され、セパレータ２内に、リード線１８の先端に設けられた接続端子１９，２０が配置される。グロメットおよびセパレータ２が外筒３内に配置され、外筒３の小口部３３にグロメット９の小径部９１が加締められて、大径部９２の後端面９５が外筒３の段部３４の内面に当接するよう位置決めされる。外筒３内で、検出素子６の後端部６６、セパレータ２およびグロメット９が、軸線Ｏ方向に連ねられた状態で、外筒３の先端部３１が主体金具５の後端係合部５８（図１参照）に接合される。これにより、セパレータ２がグロメット９と検出素子６とに挟まれて、グロメット９の大径部９２の先端面９４と、セパレータ２の鍔部２２の後端面２５とが密着する。同様に、セパレータ２と外筒３の段部３４とにグロメット９の大径部９２が挟まれて、段部３４の内面と大径部９２の後端面９５とが密着する。

したがって、検出素子６の基準電極６２（図１参照）を大気に晒すため、ガスセンサ１の外部から外筒３の内部に導入される大気は、以下の経路を辿る。図４に示すように、外筒３の外部の大気は、矢印Ａ（破線で示す）に示すように、外筒３の大気導入孔３５から、大径部９２の後端面９５側の大気流通溝９７に導入される。外筒３の段部３４の内面と、グロメット９の大径部９２の後端面９５とが密着状態にあるので、大気は、矢印Ｂに示すように、大気流通溝９７に沿って流れ、大気流通孔９８に到達する。大気とともに水滴等が大気流通溝９７内に進入しても、大気流通孔９８に設けられたフィルタ８によって進行を阻まれ、大気流通孔９８を通過することができない。よって、大気だけがフィルタ８を通過して、大径部９２の先端面９４側の大気流通溝９６に達する。

大径部９２の後端面９５と、セパレータ２の鍔部２２の後端面２５とが密着状態にあるので、大気は、大気流通溝９６に沿って流れる。鍔部２２に形成された通気溝２６と大気流通溝９６との交差点において、大気は、矢印Ｃに示すように通気溝２６に流入し、通気溝２６に沿って流れる。矢印Ｄに示すように、大気は、セパレータ２のリード線孔２４に達すると、リード線孔２４とリード線１８との間隙を通過し、収容部２３内に流入する。

図２の矢印Ｅに示すように、大気は、収容部２３内で、リード線１８の接続端子１９，２０やヒータ７の後端部７１の間を抜け、検出素子６の後端部６６に達する。上記した他方の接続端子１９の先端部２９は、検出素子６の基準電極６２との導通を図るため、図１に示すように、先端部２９が筒状に形成されて、検出素子６の筒孔内に挿入されている。大気は、先端部２９内に挿通されたヒータ７と、先端部２９との間を通過し、検出素子６の筒穴内に流入して、基準電極６２に達する。このように、本実施の形態のガスセンサ１は、外筒３の外部の大気を内部に導入し、検出素子６の基準電極６２を大気に晒すことができる。

以上説明したように、ガスセンサ１は、外筒３の段部３４を介して外筒３の内外を連通する大気導入孔３５の開口面積が、大気流通溝９７の内面と大気流通溝９６、ひいては先端面９４とを繋ぐ大気流通孔９８の開口面積よりも小さいので、例えば異物等が飛来しても、外筒３の外部から内部へ入り込むことを抑制することができる。また、フィルタ８は、大気流通溝９７を介して大気導入孔３５と離間した大気流通孔９８に配置されている。つまりフィルタ８は、直接、大気導入孔３５に面しておらず、外筒３の外部に対して露出しないので、たとえ外部から飛来した異物等が大気導入孔３５を介して外筒３の内部に進入したとしても、フィルタ８に衝突しにくく、フィルタ８を保護することができる。

また、大気導入孔３５は複数設けられ、大気流通溝９７には２つ以上の大気導入孔３５が連通されているので、大気導入孔３５のそれぞれの開口面積が大気流通孔９８よりも小さくとも、大気流通孔９８を流通する大気の流通量を、複数の大気導入孔３５によって十分に確保することができる。よって、大気導入孔３５の開口面積の大きさが、フィルタ８を通過する大気の流通量の律速となることがなく、外筒３の内部に十分な量の大気を導入することができる。したがって、フィルタ８の保護と通気量の確保を同時に満たすことができる。

また、大気流通溝９７がグロメット９の後端面９５に対して先端側に窪む形態であるため、大気流通溝９７を介した大気導入孔３５と大気流通孔９８との間における大気の連通を図るには、大気流通溝９７が大気導入孔３５および大気流通孔９８に連通すれば足りる。ゆえに、ガスセンサの組み立ての際に、大気導入孔３５と大気流通孔９８との位置あわせを厳密に行う必要がない。具体的に、本実施の形態では、大気流通溝９７が大径部９２の周方向に一周しており、また、小径部９１が外筒３の小口部３３内に配置されるので、グロメット９が周方向においてどの向きに外筒３に組み付けられても、大気導入孔３５が大気流通溝９７に連通する。よって向き合わせ等の手間がかからず、生産過程における手間を軽減できる。

また、フィルタ８が大気流通溝９７の内部に突出しなければ、フィルタ８と大気導入孔３５との間に必ず大気流通溝９７を介在させることができ、ゆえに、フィルタ８が大気導入孔３５に面することを確実に防止できる。よってフィルタ８が外筒３の外部に露出することがなく、たとえ外部から飛来した異物等が大気導入孔３５を介して外筒３の内部に進入したとしても、フィルタ８に衝突しにくく、フィルタ８を保護することができる。また、フィルタ８をグロメット９と一体に成形すれば、グロメット９の形成時に、グロメット９への埋設部分におけるフィルタ８の気孔内にグロメット９の成形材料を流れ込ませることができ、フィルタ８を大気流通孔９８内に確実に固定することができる。

また、大気導入孔３５が凸部３７の側面に形成されることによって、外筒３の後端側から見た場合の大気導入孔３５の開口が、凸部３７によって覆われる。ゆえに、例えば異物等が飛来しても、外筒３の後端側から軸線Ｏ方向に沿う向きに直線的に大気導入孔３５内へ進入することができず、フィルタ８の保護をより確実に行うことができる。また、異物等が大気導入孔３５の開口へ進入するには、軸線Ｏ方向と直交する方向を進入方向とするが、大気導入孔３５の流通方向（つまり段部３４の貫通方向）は軸線Ｏ方向である。たとえ異物等が大気導入孔３５内に進入したとしても、段部３４を通過する際は進入時の勢いが弱められる。ゆえに、たとえ異物等がフィルタ８に達したとしても、フィルタ８の破損には至らない。

また、グロメット９が外筒３に加締められることによって、グロメット９を外筒３に確実に保持させることができる。また、グロメット９が外筒３に加締められることによって、グロメット９の後端面９５と外筒３の段部３４との接触が確実になされ、大気流通溝９７の閉塞を、より確実に行うことができる。さらに、加締部３６が小径部９１に形成されること、すなわち、軸線Ｏ方向における大気流通溝９７または大気流通孔９８の形成位置（つまり大径部９２）を避けて形成されることによって、大気流通溝９７や大気流通孔９８が潰されることがなく、大気の流通量を確保することができる。

また、セパレータ２の鍔部２２の後端面２５がグロメット９の先端面９４に当接して配置されることによって、グロメット９は、セパレータ２の鍔部２２と外筒３の段部３４との間に挟まれる。よって、グロメット９の後端面９５と外筒３の段部３４との接触状態が維持され、大気流通溝９７の閉塞を、より確実に行うことができる。言い換えると、大気導入孔３５から導入される大気が、大気流通溝９７から漏れることがない。また、セパレータ２の通気溝２６と大気流通孔９８とが大気流通溝９６を介して連通することができるので、セパレータ２と外筒３との間にグロメット９を挟んでも、大気の流通経路を確保することができる。また、上記同様、加締部３６が、軸線Ｏ方向における大気流通溝９６の形成位置を避けて形成されることによって、大気流通溝９６が潰されることがなく、外筒３の内部への大気の流通量を確保することができる。

なお、本実施の形態は、各種変更が可能である。例えば、図５に示す、ガスセンサ１０１のように、フィルタ１０８をグロメット１０９と一体に形成しなくともよい。図５に示すガスセンサ１０１は、グロメット１０９の大径部１９２の先端面１９４側の大気流通溝１９６と、後端面１９５側の大気流通溝１９７とを軸線Ｏ方向に貫通する大気流通孔１９８に、円柱状に形成したフィルタ１０８をはめ込んだものである。この場合、フィルタ１０８の軸線Ｏ方向の長さが大径部１９２の厚みよりも短くなるようにするとよい。そして、大気流通孔１９８にフィルタ１０８をはめ込んだ際に、フィルタ１０８の軸線Ｏ方向の両端が、大気流通溝１９６，１９７の縁よりも溝内に配置されるようにするとよい。もちろん、フィルタ１０８が大気流通溝１９６，１９７内に突出しないことが望ましいが、大気流通孔１９８内にはめ込むフィルタ１０８を確実に保持させるためには、大気流通孔１９８の内面とフィルタ１０８の外面との接触面積を確保するとよい。このようにすれば、グロメット１０９の大径部１９２を外筒１０３の段部１３４とセパレータ２の鍔部２２とのあいだに挟んでも、フィルタ１０８が段部１３４の内面や鍔部２２の後端面２５に接触することがない。よってフィルタ１０８の潰れを防止することができ、潰れに伴う変形によってフィルタ１０８と大気流通孔１９８との間にすき間を生じさせたり、フィルタ１０８の気孔の潰れによって通気量を低下させたりすることがない。

また、図５に示すように、外筒１０３の段部１３４に設ける大気導入孔１３５を保護する凸部はなくともよい。大気導入孔１３５内への異物等の進入を防止するには、大気導入孔１３５の開口面積がより小さいことが望ましく、具体的には大気導入孔１３５の開口面積が、フィルタ１０８が配置される大気流通孔１９８の開口面積よりも小さいとよい。そして、フィルタ１０８の通気量の確保のため、大気導入孔１３５を複数設けると、なおよい。例えば、図６に示す外筒２０３のように、段部２３４に小径の大気導入孔２３５を多数設けるとよい。そして、各大気導入孔２３５の開口面積の合計が、大気導入孔の開口面積よりも大きければ、フィルタの通気量を十分に確保することができる。

また、図７に示す、ガスセンサ３０１のように、グロメット３０９を、大径部３９２において軸線Ｏ方向に２つに分割し、先端側グロメット３０９Ａと後端側グロメット３０９Ｂとの２部材からなる構成としてもよい。そして、大気流通孔３９８が形成された部位において、先端側グロメット３０９Ａと後端側グロメット３０９Ｂとの分割面間に、大気流通孔３９８の開口面積よりも大きなフィルタ３０８を挟み込む構成とするとよい。本実施の形態と同様に、ガスセンサ１の組み立てによってグロメット３０９の大径部３９２は外筒３０３の段部３３４とセパレータ３０２の鍔部３２２との間にて軸線Ｏ方向に挟み込まれる形態となる。したがって上記のような構成とすれば、グロメット３０９の形成の際にフィルタ３０８をグロメット３０９と一体に成形せずとも、フィルタ３０８を確実にグロメット３０９で保持することができる。

また、上記のガスセンサ３０１では、さらに、外筒３０３を加締め、セパレータ３０２を外筒３０３に保持させた変形例も示す。例えば、図７に示すように、セパレータ３０２の鍔部３２２を軸線Ｏ方向に大きく形成し、本実施の形態より、鍔部３２２の外径を小さく形成する。また、先端側グロメット３０９Ａの外周の縁部分を軸線Ｏ方向先端側へ向け円筒状に延ばし、先端側グロメット３０９Ａがセパレータ３０２の鍔部３２２に覆い被さる形態とする。後端側グロメット３０９Ｂは、本実施の形態と同様に、小径部３９１を外筒３０３の小口部３３３の後端側を加締め、加締部３３６を形成することによって、外筒３０３に保持させる。セパレータ３０２の鍔部３２２に覆い被せた先端側グロメット３０９Ａを、後端側グロメット３０９Ｂに押し付けた状態で、鍔部３２２が対応する外筒３０３の胴部３３２の外周を内向きに加締め、加締部３３８を形成する。このようにすれば、外筒３０３内でグロメット３０９およびセパレータ３０２を位置決めし、外筒３０３に保持させることができるので、本実施の形態のセパレータ２のような突起部２７（図２参照）を設けなくともよい。

また、図８に示す、グロメット４０９のように、大径部４９２の先端面４９４，後端面４９５にそれぞれ形成される大気流通溝４９６，４９７は、大径部４９２の周方向に一周していなくともよい。大気流通溝４９６，４９７は、先端面４９４，後端面４９５のそれぞれにおいて、複数設けられていてもよい。大気流通溝４９７は、外筒（図示外）にグロメット４０９を任意の向きに組み付けた場合であっても、外筒の段部の大気導入孔の形成位置に対応するように、後端面４９５に形成されていることが好ましい。先端面４９４の大気流通溝４９６についても同様である。そして、大気流通溝４９７が複数ある場合には、少なくとも１箇所以上において、大気流通溝４９７と大気導入孔との大気の流通を確保できればよい。また、図８のグロメット４０９のように、大気流通孔４９８は、大気流通溝４９６，４９７の溝幅よりも大きな外径を有していてもよい。

また、本実施の形態では、大気流通溝９６，９７として、底面および２つの側面に囲まれた形態の溝を例として示したが、流通方向の断面がＶ字状でもＵ字状であってもよい。すなわち大気流通溝９６，９７としては、グロメット９の大径部９２の先端面９４や後端面９５が、セパレータ２の鍔部２２の後端面２５や外筒３の段部３４の内面に当接することで管状となり、大気の流通経路として構成されるものであればよい。また、大気流通孔９８およびフィルタ８は、大気流通溝９６と大気流通溝９７とを接続するように一箇所に設けたが、複数箇所に設けてもよい。

また、グロメット９の大径部９２の先端面９４において、大気流通溝９６を設けなくともよい。この場合、セパレータ２の鍔部２２の後端面２５に設けた通気溝２６を、グロメット９の大気流通孔９８に対応する周方向にも形成して、通気溝２６と大気流通孔９８とが直接、接続されるようにすればよい。

なお、本実施の形態においては、グロメット９が、「栓部材」に相当する。大径部９２の先端面９４が、「先端向き面」に相当し、後端面９５が、「後端向き面」に相当する。大気流通溝９７が、「第一溝部」に相当し、大気流通溝９６が、「第二溝部」に相当する。接続端子１９，２０を有するリード線１８が、「リード線」に相当する。収容部２３、リード線孔２４および通気溝２６が、「セパレータ側流通部」に相当する。

１ ガスセンサ
２ セパレータ
３ 外筒
５ 主体金具
６ 検出素子
８ フィルタ
９ グロメット
１８ リード線
１９，２０ 接続端子
２３ 収容部
２４ リード線孔
２６ 通気溝
３３ 小口部
３４ 段部
３５ 大気導入孔
３６ 加締部
３７ 凸部
６４ 検出部
９４ 先端面
９５ 後端面
９６，９７ 大気流通溝
９８ 大気流通孔

Claims (7)

1. 軸線方向に沿って延び、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
   先端側が前記主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と、
   前記外筒の後端側の開口を塞ぐ栓部材と、
   を備えるガスセンサであって、
   前記栓部材は、自身の後端向き面に対して先端側に窪む第一溝部と、前記第一溝部の内面と該栓部材の先端向き面とを繋ぐ大気流通孔と、前記大気流通孔を閉塞する通気性を有するフィルタと、を備え、
   前記外筒は、前記第一溝部を閉塞するように前記後端向き面に接すると共に、径方向内側に向かって延びる段部を有し、
   該段部は、前記外筒内外を連通すると共に、前記大気流通孔よりもそれぞれの開口面積が小さい複数の大気導入孔を有し、
   前記第一溝部は、２つ以上の前記大気導入孔に連通することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記フィルタは、前記第一溝部の内部に突出しないように、前記大気流通孔内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記フィルタは、前記栓部材と一体に成形されることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記外筒の前記段部には、後端側に向かって突出する凸部を有し、前記大気導入孔は、該凸部の側面に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスセンサ。
5. 前記外筒の後端側には、前記軸線方向における前記第一溝部または前記大気流通孔が形成された位置を避けて、前記外筒を前記栓部材へ向けて内向きに加締めて前記外筒内に前記栓部材を保持する加締部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスセンサ。
6. 前記ガスセンサは、前記外筒内で前記栓部材よりも先端側にて前記栓部材の前記先端向き面に当接して配置され、前記検出素子の検出信号を外部回路に取り出すための複数のリード線を互いに絶縁した状態で自身の内部に収容するとともに、自身の内部を介して大気が流通するセパレータ側流通部を有するセパレータをさらに備え、
   前記栓部材は、自身の前記先端向き面に対して後端側に窪み、前記大気流通孔と前記セパレータ側流通部とを連通する第二溝部をさらに備えること
   を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサ。
7. 前記外筒の前記加締部は、前記軸線方向における前記第二溝部が形成された位置を避けて形成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。

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