JP2012251852A

JP2012251852A - ガスセンサ及びその製造方法

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Publication number: JP2012251852A
Application number: JP2011124118A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yonezu; 邦彦米津
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】ガスセンサ素子を保持するハウジングと樹脂外筒とをしっかりと固定して軸線周りの回転を防止すると共に、樹脂外筒への受熱を低減したガスセンサを提供する。
【解決手段】自身の後端側に電極端子１２ａを有するガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子を保持するハウジング５０と、ハウジングの少なくとも後端部とガスセンサ素子の後端側を覆い、少なくとも一部に略円筒形状部６１ｘを有するとともに、電極端子と接続される接続端子３１，３２を自身の内側に有する樹脂外筒６１と、樹脂外筒の略円筒形状部の径方向外側を覆い自身の内面が樹脂外筒の少なくとも一部と密着すると共に、ハウジングに固定される金属筒体８０と、を備えるガスセンサ２００であって、金属筒体は、軸線方向を中心とする仮想円周Ｃ_１、Ｃ_２に対して交差すると共に、樹脂外筒の当該円周に沿った回転を規制する係止面８２ｓを有し、該係止面に樹脂外筒の一部が係合する。
【選択図】図４

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。従来、このようなガスセンサの構造としては、ガスセンサ素子を金属製のハウジングの内部に保持し、さらにハウジングの基端側（後端側）の接続端子やセパレータ等を金属筒状のカバーで保護していた。ここで、ガスセンサ素子は固体電解質体と１対の電極とを備えたセルを有しており、ガスセンサ素子の後端側には各電極に導通する電極パッドが形成されている。そして、電極パッドに接続端子が電気的に接続され、特定ガスの濃度に応じてセルに生じる起電力が接続端子から外部に取り出される。
ところが、金属製の筒カバーは構造が複雑で、製造や組付けに手間を要するという問題がある。そこで、金属製ハウジングの基端側に樹脂製の基体部を接続する特許文献１に記載の構造が開発されている。

特開平10-132779号公報

ところで、特許文献１の基体部は筒状に形成されると共に先端に円形のフランジが設けられ、このフランジをハウジング後端のかしめ部で係合して加締め固定している。しかしながら、この場合、基体部とハウジングとの固定部の形状がガスセンサ素子の軸線を中心とする回転体となるため、基体部に径方向の力が加わると基体部が軸線周りに回転するという問題がある。基体部が回転すると、基体部に（セパレータ等を介して）取り付けられた接続端子が電極パッドに対して回転して破損したり、基体部とハウジングの間のシールが失われるなどの不具合が生じる恐れがある。
又、特許文献１の基体部はハウジング後端に接続されるが、ハウジングは被検出ガスによって受熱するため、樹脂製の基体部が熱により劣化や変形を生じる恐れがある。
そこで、本発明は、ガスセンサ素子を保持するハウジングと樹脂外筒とをしっかりと固定して軸線周りの回転を防止すると共に、樹脂外筒への受熱を低減した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、一対の電極を有して軸線方向に延び、自身の後端側に前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続される電極端子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を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持するハウジングと、前記ハウジングの少なくとも後端部と前記ガスセンサ素子の後端側を覆い、少なくとも一部に略円筒形状部を有するとともに、前記電極端子と接続される接続端子を自身の内側に有する樹脂外筒と、前記樹脂外筒の前記略円筒形状部の径方向外側を覆い自身の内面が前記樹脂外筒の少なくとも一部と密着すると共に、前記ハウジングに固定される金属筒体と、を備え、前記金属筒体は、前記軸線方向を中心とする仮想円周に対して交差すると共に、前記樹脂外筒の当該円周に沿った回転を規制する係止面を有し、該係止面に前記樹脂外筒の一部が係合する。
このガスセンサによれば、仮想円周に対して交差する係止面に、樹脂外筒の一部を係合密着させることで、樹脂外筒が略円筒形状部にて金属筒体に対し軸線方向周りに回転しようとするのに対して係止面が抵抗し、回転を防止する。これにより、樹脂外筒の回転に伴って樹脂外筒にセパレータ等を介して取り付けられた接続端子が電極端子に対して回転して破損したり、樹脂外筒と金属筒体間のシールが失われる不具合を防止することができる。
又、樹脂外筒の略円筒形状部が金属筒体に接し、金属筒体を介して樹脂外筒から放熱されるので、樹脂外筒への受熱を低減することができる。

前記金属筒体は径方向外側に突出するフランジ部を有し、前記係止面は前記フランジ部に設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、フランジ部に樹脂外筒を形成することで、容易に樹脂外筒の回転を防止することができる。

前記係止面は前記フランジ部の一部を折り返して形成されていてもよい。
このガスセンサによれば、板状のフランジ部から係止面をプレス成型等によって容易に形成することができ、生産性が向上する。

前記金属筒体は筒部において前記樹脂外筒と密着し、前記係止面は前記金属筒体の筒部に設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、金属筒体を筒部形状にするだけで済み、係止面を設けるために別途フランジ部等を形成しなくてもよく、生産性が向上する。

前記筒部の内面が多角筒になっていてもよい。
このガスセンサによれば、筒部に係止面を容易に設けることができ、生産性が向上する。

前記フランジ部の一部が前記仮想円周より径方向外側にはみ出してもよい。
このガスセンサによれば、仮想円周よりはみ出したフランジ部の一部を係止面として利用できるので、生産性が向上する。

この発明によれば、ガスセンサ素子を保持するハウジングと樹脂外筒とをしっかりと固定して軸線周りの回転を防止すると共に、樹脂外筒への受熱を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係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。第１の実施形態に係るガスセンサの上面図である。金属筒体に係止面を設けなかった場合のガスセンサの斜視図である。図５のガスセンサの上面図である。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。本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ及びフランジ部の構造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上面図である。本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ及びフランジ部の構造を示す斜視図である。第３の実施形態に係るガスセンサの上面図である。本発明の第３の実施形態に係るガスセンサの構造を示す斜視図である。図１２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ２００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、素子アセンブリ１５０（ガスセンサ素子１０を含む）と、素子アセンブリ１５０のハウジング５０（図１参照）に接合された樹脂製のカバー６０と、カバー６０の先端側の径方向周囲を覆う金属製のヒートシンク部材８０と、カバー６０内部に収容されたセラミック製のセパレータ４０と、セパレータ４０に装着された接続端子３１、３２とを備えている。なお、この実施形態では、カバー６０は、ハウジング（主体金具）５０にインサート成型されて固定される略筒状の樹脂外筒６１と、樹脂外筒６１に後から被せられて樹脂外筒６１の内部空間を閉塞する蓋部６２からなっている。又、樹脂外筒６１は、ガスセンサ２００の径方向（軸線方向Ｏに垂直な方向）に延びる矩形で雄型のコネクタ部６３を一体に有している。さらに、ハウジング５０の先端の周方向につながる溝に、シール部材（Ｏリング）９０が外嵌されている。
なお、ヒートシンク部材８０が特許請求の範囲の「金属筒体」に相当する。

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に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３）をなす。又、ガスセンサ素子１０の後端部１２には、一対の電極に電気的に接続されて検出素子から出力を取り出すためや、ヒータに電力を供給する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。電極パッド１２ａが特許請求の範囲の「電極端子」に相当する。

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、自身をガスセンサ素子１０に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、その径方向周囲を取り囲むと共に、取り付け対象体３００のセンサ取り付け孔内に挿入される金属からなるハウジング５０に保持されている。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の軸線方向Ｏ中央付近は最も外径が大きい径大部５２をなし、径大部５２の後端には２段に縮径する段部５２ｅが形成されている。さらに、段部５２ｅの後端側におけるハウジング５０外周には、くさび効果により樹脂製のカバー（後述）との密着性を高めるため、軸線方向Ｏに突没する凹凸部５１が形成されている。そして、上記した凹凸部５１の後端側には、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。
又、径大部５２の後端側の外面に凹溝Ｄ２が径方向に連続して形成され、凹溝Ｄ２にシール部材（Ｏリング）９０が外嵌されている。

一方、径大部５２よりも先端側には先端係合部５６が形成され、先端係合部５６に外側プロテクタ１１０が嵌められてレーザ溶接によって固定されている。又、ハウジング５０の内周で先端係合部５６付近には内側段部５４が形成されており、この内側段部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。

なお、図３に示すように、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、外側プロテクタ１００が内部に収容された検出部１１を保護している。又、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。

図２に戻り、ヒートシンク部材８０は、円筒状の筒部８１と、筒部８１の後端に設けられたフランジ部８２とを一体に有している。フランジ部８２は楕円形の外形をなし、当該楕円の中心が筒部８１の軸心と同心であるとともに、当該楕円の長軸はガスセンサ２００のガス導入孔１１５とその反対側とを結ぶ直線に直交する。又、上記楕円の短軸の長さが筒部８１の外径より長く、フランジ部８２のうち筒部８１よりはみだした先端向き面（裏面）８２ａが、取り付け対象体３００の外面に接する取付け面Ａになっている（図３参照）。さらに、フランジ部８２の長軸方向に沿う両端にはそれぞれ孔８３が開口しており、各孔８３にネジを挿通し、このネジを取り付け対象体３００（例えば、内燃機関の吸気系統）（図３参照）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。

又、筒部８１の外径は、ハウジング５０の径大部５２の外径と同一であり、筒部８１の内径は、段部５２ｅの外側段部の壁面の外径とほぼ同一である。従って、筒部８１をハウジング５０の後端側に被せると、筒部８１の先端が段部５２ｅの外側段部にぴったりと嵌合しつつ、筒部８１と径大部５２の外面が面一になる。さらに、ハウジング５０の凹凸部５１から加締め部５３に至る部分は、段部５２ｅの内側段部の横幅に応じて、ヒートシンク部材８０内面と隙間を生じる。そして、この状態で、筒部８１の先端と段部５２ｅの合わせ面を全周レーザ溶接等することにより、ヒートシンク部材８０がハウジング５０の後端側の径方向周囲を取り囲んで固定されている。
ヒートシンク部材８０としては、例えば、アルミニウム及びその合金、ステンレス鋼等を用いることができる。ヒートシンク部材の熱伝導率は、ハウジング５０より高くても低くてもどちらでもよいが、樹脂外筒６１よりは高いことが好ましい。

次に、樹脂外筒６１について図２、図３を用いて説明する。本実施例において、樹脂外筒６１は、成形性の良い樹脂であるナイロン（登録商標）樹脂により、上記したハウジング５０とヒートシンク部材８０との隙間にインサート成型されている。特に、表面積を大きくした凹凸部５１で樹脂外筒６１とハウジング５０とを接合させることにより、くさび効果により樹脂外筒６１とハウジング５０との密着性及び密閉性が向上する。ここで、樹脂外筒６１の先端は、ハウジング５０の段部５２ｅの内側段部に接し、段部５２ｅの内側段部から加締め部５３近傍までの領域が、樹脂外筒６１とハウジング５０との接合部になっている。
又、樹脂外筒６１のうち、段部５２ｅの内側段部からヒートシンク部材８０の後端までの領域は、ヒートシンク部材８０の内面と密着する接合部としての略円筒形状部６１ｘになっている。ヒートシンク部材８０は、略円筒形状部６１ｘの径方向周囲を取り囲み、樹脂外筒６１への受熱を低減するようになっている。

又、樹脂外筒６１の略円筒形状部６１ｘがヒートシンク部材８０に接しているため、ヒートシンク部材８０を介して樹脂外筒６１から放熱され、樹脂外筒６１への受熱を低減することができる。特に、樹脂外筒６１の先端部分はガスセンサ素子からの伝熱により最も高温となるので、略円筒形状部６１ｘが樹脂外筒６１の最も先端となるようにし、この略円筒形状部６１ｘの径方向外側をヒートシンク部材８０（及び／又はハウジング５０で完全に覆うようにすると、樹脂外筒６１への受熱をより一層低減することができる。

樹脂外筒６１は、加締め部５３より後端側で、外側プロテクタ１００のガス導入孔１１５側に沿ってハウジング５０の径大部５２より径大の半円筒部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。
樹脂外筒６１の半円筒部６１ａ及び壁部６１ｂの先端側には、フランジ部８２を構成する楕円の短軸の長さより径大の円環部６１ｓが半円筒部６１ａ及び壁部６１ｂより径方向に突出する段状に形成され、円環部６１ｓの先端向き面はフランジ部８２の後端向き面に密着している。そして、円環部６１ｓのうち外側プロテクタ１００のガス導入孔１１５側は、フランジ部８２より径方向外側にはみ出し、このはみ出し部分で円環部６１ｓの径方向内側側面がフランジ部８２の側端面８２ｓに密着している。同様に、円環部６１ｓのうちガス導入孔１１５の反対側も、フランジ部８２より径方向外側にはみ出し、このはみ出し部分で円環部６１ｓの径方向内側側面がフランジ部８２の側端面８２ｓに密着している。なお、フランジ部８２の側端面８２ｓが特許請求の範囲の「係止面」に相当する。

なお、本実施形態では、円環部６１ｓの先端向き面は取付け面Ａ（フランジ部８２の先端向き面８２ａ）より後端側に位置している。このようにすると、フランジ部８２を座面として排気管に取り付けた際、排気管に円環部６１ｓが直接接しないので、樹脂外筒６１の熱害がさらに軽減される。但し、円環部６１ｓを取付け面Ａと面一にしてもよく、円環部６１ｓの先端向き面が取付け面Ａより先端に位置してもよい。

次に、樹脂外筒６１のその他の構成について説明する。両壁部６１ｂの端の上下には、壁部６１ｂの面に垂直に係止壁６１ｃが突出し、上下の係止壁６１ｃの隙間からコネクタ端子部１２０が樹脂外筒６１の内部空間側に表出している。このようにして、半円筒部６１ａ、２つの壁部６１ｂ、及びコネクタ端子部１２０（の絶縁部）により、ガスセンサ素子の後端部１２を囲んでいる。又、半円筒部６１ａ、２つの壁部６１ｂ、及び係止壁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）が樹脂外筒６１の内部空間に収容されるようになっている。
又、樹脂外筒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に挿通されるコネクタ端子部１２０を包囲するようにして設けられており、更に、係止壁６１ｃに一体に接続している。そして、係止壁６１ｃからカバーの内部空間内にコネクタ端子部１２０が表出し、さらにコネクタ端子７０の一端７０ｅ（図３参照）が露出している。
なお、コネクタ部６３はガスセンサ２００の径方向以外の方向（例えば、軸線方向Ｏ）に延びていてもよいが、ガスセンサ２００を内燃機関の吸気管等に取り付けた際、吸気管の外側へのガスセンサの突き出し長さを短くする観点からは、コネクタ部６３をガスセンサ２００の径方向に延ばすことが好ましい。このようにすると、内燃機関を搭載した車両が衝突した際、被衝突体への衝撃を和らげるためにボンネットとエンジンの部品の隙間を確保することができる。

このコネクタ部６３は、相手となる外部コネクタ（この例では、雌コネクタ）を径方向に挿抜可能である。なお、コネクタ端子（この例では５本）７０は、互いに間隔を開けて絶縁部材と一体にインサート成型され、両者がコネクタ端子部１２０を構成している。そして、コネクタ端子部１２０は、径方向外側からコネクタ部６３の開口６３ｂに挿入されて組み付けられる。一方、係止壁６１ｃは、開口６３ｂの上下（後端側及び先端側）の内面６３iから中央に向かって突出する段部を形成し、コネクタ端子部１２０のそれ以上の挿入が防止される。

他方、ガスセンサ素子１０は、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せられており、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。そして、セパレータ４０の挿通孔４１に、ガスセンサ素子１０の後端部１２に設けられた電極パッド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、コネクタ端子７０の一端７０ｅ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を樹脂外筒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がカバー６０で覆われてガスセンサ２００が構成される。
なお、セパレータ４０は本発明で必須の構成ではなく、セパレータ４０を用いずに各接続端子３１、３２をそれぞれ離間して（絶縁して）配置することも可能である。但し、軸線方向Ｏに沿って延びると共に、接続端子３１，３２を挿通させる挿通孔を有する絶縁性のセパレータ４０を用いると、各接続端子３１、３２を確実に離間して（絶縁して）保持することができる。なお、セパレータは、挿通孔を全周にわたって囲む筒状部材であっても良いし、挿通孔の一部が外部まで露出するように筒状部材の一部を切欠いた形状であっても良い。

又、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。
このため、ガス導入孔１１５が吸気系統の下流側になるように両フランジ部８２の並ぶ方向を調整し、ヒートシンク部材８０をハウジング５０の後端側に固定するとよい。

次に、図４〜図６を参照し、本発明の特徴部分である、係止面（フランジ部８２の側端面８２ｓ）の作用について説明する。図４は第１の実施形態に係るガスセンサ２００の上面図であり、図５は金属筒体（ヒートシンク部材）８０に係止面を設けなかった場合のガスセンサの斜視図であり、図６は図５のガスセンサの上面図である。
図４に示すように、本実施形態では、係止面（側端面８２ｓ）に樹脂外筒６１の一部である円環部６１ｓが被さるように係合して密着している。ここで、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周のうち、側端面８２ｓと交差する半径を持つ円周を想定し、そのうち、最小径の仮想円周Ｃ_１、最大径の仮想円周Ｃ_２を考える。このとき、側端面８２ｓは楕円の一部であるため、仮想円周Ｃ_１，Ｃ_２より径方向外側にはみ出る（仮想円周Ｃ_１，Ｃ_２に対して交差する）。つまり、側端面８２ｓは、仮想円周Ｃ_１，Ｃ_２の接線ｎ_１，ｎ_２に対してゼロでない角度θ_１，θ_２を持っている。
ここで、樹脂外筒６１は、自身の略円筒形状部６１ｘがヒートシンク部材８０に接しているため、樹脂外筒６１とヒートシンク部材８０との固定部分（略円筒形状部６１ｘ）の形状は、軸線方向Ｏを中心とする回転体となっている。このため、樹脂外筒６１に径方向の力が加わると略円筒形状部６１ｘがヒートシンク部材８０に対して軸線方向Ｏ周りに回転するおそれがある。そこで、仮想円周Ｃ_１，Ｃ_２（正確には、仮想円周Ｃ_１，Ｃ_２の間のすべての径の仮想円周）に対して交差する係止面（側端面８２ｓ）に、樹脂外筒６１の一部（円環部６１ｓ）を係合密着させることで、樹脂外筒６１（略円筒形状部６１ｘ）の軸線方向Ｏ周りの回転Ｒに対して側端面８２ｓが抵抗し、回転を防止(規制)する。これにより、樹脂外筒６１の回転に伴って樹脂外筒６１に（セパレータ４０等を介して）取り付けられた接続端子３１、３２が電極パッド１２ａに対して回転して破損したり、樹脂外筒６１とヒートシンク部材８０の間のシールが失われる不具合を防止することができる。

一方、図５に示すように、仮にヒートシンク部材に係止面（フランジ部）を設けずに筒部８１０のみから形成し、筒部８１０の後端を径方向外側から樹脂外筒６１０の円環部６１０ｓで囲った場合、樹脂外筒６１０の軸線方向Ｏ周りの回転Ｒを防止することができない。
つまり、図６に示すように、円環部６１０ｓが筒部８１０の側端面８１０ｓに被さっているが、側端面８１０ｓは円筒形であるため、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周Ｃ_ｘで側端面８１０ｓを表すことができる。この場合、側端面８１０ｓは仮想円周Ｃ_ｘに対して係止面を持たず同一円周上の線となるので(つまり、仮想円周Ｃ_ｘの接線ｎ_ｘは側端面８１０ｓと交差しないので)、側端面８１０ｓに密着する円環部６１０ｓの軸線方向Ｏ周りの回転Ｒに対して抵抗が存在せず、回転を防止することができない。

本実施形態に係るガスセンサ２００は、次のようにして取り付け対象体３００に取り付けることができる。
まず、ハウジング５０に装着されたシール部材９０の外径は径大部５２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５２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３６０で潰され、取り付け対象体３００とハウジング５０との間をシールするようになっている。
そして、図３に示すように、各フランジ部８２の先端向き面（裏面）８２ａが取り付け対象体３００の外面に接し、取付け面Ａになっている。さらに、各フランジ部８２の孔８３にネジを挿通し、取り付け対象体３００に設けたネジ孔にネジ止めしてガスセンサ２００が取り付け対象体３００に取り付けられる。

このようにして、ヒートシンク部材８０（の筒部８１）が樹脂外筒６１を外側から囲むと共に、筒部８１の先端がハウジング５０に接しつつ、筒部８１と一体のフランジ部８２がセンサ取り付け孔３５０の外面（＝取付け面Ａ）よりも外側（後端側）に露出している。このため、高温となるハウジング５０の熱は、ヒートシンク部材８０（特にフランジ部８２）を通して、取り付け対象体３００や外気等へと放熱される。そのため、樹脂外筒６１の最も熱負荷の大きい接触部Ｃにも熱が溜まることがなく、樹脂外筒６１への熱影響が低減される。

特に、取り付け対象体３００が樹脂製の場合には、センサ取り付け孔３５０の内壁３６０に筒部８１が接していても、この部分からの放熱効果が少ないので、取付け面Ａから外部にフランジ部８２を露出させることが有効となる。
さらに、ハウジング５０の熱を外部に放熱することで、ハウジング５０に装着されたＯリング９０への熱影響も低減することができる。
なお、ガスセンサ２００を取り付ける対象である取り付け対象体３００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。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。また、当然吸気側と排気側の両方において特定ガス濃度を検出して内燃機関を制御するほうが、より精度良く制御できる。

次に、図７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、公知の方法により作成された素子アセンブリ１５０のハウジング５０の段部５２ｅ（図３参照）に、ヒートシンク部材８０の筒部８１の先端を嵌合し、全周レーザ溶接してヒートシンク部材８０をハウジング５０の後端側に接続する（図７（ａ））。次に、ヒートシンク部材８０後端の周りに樹脂外筒６１をインサート成型する（図７（ｂ））。この際、円環部６１ｓがフランジ部８２の側端面８２ｓに被さるようにする。次に、径方向外側（図７（ｃ）の矢印方向）からコネクタ部６３の開口６３ｂにコネクタ端子部１２０を挿入する（図７（ｃ））。この際、コネクタ端子部１２０が係止壁６１ｃに当接すると、コネクタ端子部１２０のそれ以上の挿入が防止され、コネクタ端子部１２０の位置決めがされる。そして、コネクタ端子部１２０の先端に突出するコネクタ端子７０の一端７０ｅが樹脂外筒６１の内部空間内に露出するように設けられる。
次に予め接続端子３１、３２を装着したセパレータ４０を、樹脂外筒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、接続端子３１、３２を電極パット１２ａ及びコネクタ端子７０に接続する（図７（ｄ））。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。なお、コネクタ端子部１２０を挿入後コネクタ部の開口６３ｂから抜く（外す）ことがある場合には、接続端子３１、３２とコネクタ端子７０との接続を、着脱可能な方法（例えば、接続部を棒状に形成したコネクタ端子７０を、接続部を筒状に形成した接続端子３１，３２に挿入させつつ把持する方法等）とするのが好ましい。
そして、樹脂外筒６１の開口に蓋部６２を被せ（図７（ｅ））、樹脂外筒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、カバー６０を形成させる。そして、上記した径大部５２の凹溝Ｄ２（いずれも図示せず）にＯリング９０を外嵌し、ガスセンサ２００を得る（図７（ｆ））。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ及びフランジ部の構造を示す斜視図である。なお、第２の実施形態に係るガスセンサは、ガス導入孔１１５側のフランジ部８２を折り返し、以下の係止片８２ｆを２個形成したこと以外は、第１の実施形態に係るガスセンサと同一の構成であるので、同一構成部分の説明及び図示を適宜省略する。なお、係止片８２ｆが係止面として機能する。
図８（ａ）に示すように、フランジ部８２の外縁から後端に向かって係止片８２ｆが２個立ち上がっている。そして、ヒートシンク部材８０後端の周りに、かつ係止片８２ｆを内包するように樹脂外筒６１をインサート成型すると、第２の実施形態に係るガスセンサが完成する（図８（ｂ））。

図９は、第２の実施形態に係るガスセンサの上面図である。第２の実施形態では、樹脂外筒６１の一部である円環部６１ｓが係止面（係止片８２ｆ）を包囲して密着している。ここで、係止片８２ｆは、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周Ｃ_３，Ｃ_４に対して交差する。つまり、係止片８２ｆは、仮想円周Ｃ_３，Ｃ_４の接線ｎ_３，ｎ_４に対してゼロでない角度θ_３，θ_４を持っている。なお、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周のうち、係止片８２ｆと交差する最小径の仮想円周をＣ_３、最大径の仮想円周をＣ_４とする。
このように、仮想円周Ｃ_３，Ｃ_４（正確には、仮想円周Ｃ_３，Ｃ_４の間のすべての径の仮想円周）に対して交差する係止面（係止片８２ｆ）に、樹脂外筒６１の一部（円環部６１ｓ）が係合密着するので、第１の実施形態と同様に樹脂外筒６１（図示しない略円筒形状部）の軸線方向Ｏ周りの回転Ｒに対して係止片８２ｆが抵抗し、回転を防止する。
なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に円環部６１ｓをフランジ部８２の側端面８２ｓまで回り込ませて形成すれば、側端面８２ｓをも係止面として利用することができる。ただし、第２の実施形態の場合は係止片８２ｆが係止面として作用するので、円環部６１ｓをフランジ部８２の後端向き面と面一にし、側端面８２ｓまで回り込ませなくてもよい。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ及びフランジ部の構造を示す斜視図である。なお、第３の実施形態に係るガスセンサは、フランジ部８２に以下の係止突部８２ｐを形成したこと以外は、第１の実施形態に係るガスセンサと同一の構成であるので、同一構成部分の説明及び図示を適宜省略する。なお、係止突部８２ｐが係止面として機能する。
図１０（ａ）に示すように、フランジ部８２のガス導入孔１１５側の面に、後端に向かって係止突部８２ｐが２個突出している。そして、フランジ部８２の後端面に、かつ係止突部８２ｐを内包するように樹脂外筒６１をインサート成型すると、第３の実施形態に係るガスセンサが完成する（図１０（ｂ））。

図１１は、第３の実施形態に係るガスセンサの上面図である。第３の実施形態では、樹脂外筒６１の一部である円環部６１ｔが係止面（係止突部８２ｐ）を包囲して密着し、係止突部８２ｐは、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周Ｃ_５に対して交差する。例えば、係止突部８２ｐの側壁は、仮想円周Ｃ_５の接線ｎ_５に対してゼロでない角度（例えば、係止突部８２ｐの側壁が接線ｎ_５に直角となる面Ｓ）を持っている。なお、仮想円周Ｃ_５は、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周のうち、係止突部８２ｐの中心を通る半径の円周であり、正確には、係止突部８２ｐと交差する最小径〜最大径の複数の仮想円周が存在するが、説明を簡単にするために仮想円周Ｃ_５のみを表示している。
このように、仮想円周Ｃ_５（正確には、係止突部８２ｐと交差する最小径〜最大径のすべての仮想円周）に対して交差する係止面（係止突部８２ｐ）に、樹脂外筒６１の一部（円環部６１ｔ）が係合密着するので、樹脂外筒６１（図示しない略円筒形状部）の軸線方向Ｏ周りの回転Ｒに対して係止突部８２ｐが抵抗し、回転を防止する。
なお、第３の実施形態においては、円環部６１ｔはフランジ部８２の短軸より径が小さく、側端面８２ｓまで回り込んでいないが、係止突部８２ｐが係止面として作用している。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ３００の斜視図を示す。なお、第４の実施形態に係るガスセンサは、ヒートシンク部材８０の筒部８１の後端側を六角形状に加締めて六角部８１Ｌを形成したこと以外は、第１の実施形態に係るガスセンサと同一の構成であるので、同一構成部分の説明及び図示を適宜省略する。又、六角部８１Ｌ（より詳しくは、六角部８１Ｌの内面８１Ｌｉ）が係止面として機能する。
なお、第４の実施形態においては、樹脂外筒６１のフランジ部８２との接合部近傍に円環部を設けず、樹脂外筒６１の側壁が軸線方向Ｏに平行にフランジ部８２に接合されている。

図１３は、図１２のＢ−Ｂ線に沿う（軸線方向Ｏから見た）断面図である。六角部８１Ｌの内面８１Ｌｉとハウジング５０との間に樹脂外筒６１がインサート成型されて（図１３のハッチング部）、接合部Ｃ（図３参照）になっている。
第４の実施形態では、係止面（六角部の内面８１Ｌｉ）に樹脂外筒６１が密着し、内面８１Ｌｉは、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周Ｃ_６に対して交差する。つまり、内面８１Ｌｉは、仮想円周Ｃ_６の接線ｎ_６に対してゼロでない角度θ_６を持っている。なお、仮想円周Ｃ_６は、軸線方向Ｏを中心とする仮想円周のうち、内面８１Ｌｉと交差する円周の１つであり、正確には、、内面８１Ｌｉと交差する最小径〜最大径の複数の仮想円周が存在するが、説明を簡単にするために仮想円周Ｃ_６のみを表示している。
このため、仮想円周Ｃ_６（正確には、内面８１Ｌｉと交差する最小径〜最大径のすべての仮想円周）に対して交差する係止面（内面８１Ｌｉ）に、樹脂外筒６１（図示しない略円筒形状部）が係合密着するので、樹脂外筒６１の軸線方向Ｏ周りの回転Ｒに対して内面８１Ｌｉが抵抗し、回転を防止する。

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、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。
係止面の形状や個数は限定されず、例えば、フランジ部８２の一部に貫通孔を設け、この孔内に樹脂外筒６１の一部を充填させ、係止面として機能させてもよい。又、筒部８１に係止面を設ける方法としては、上記した六角部の他、筒部８１の内面に突起を設けることが挙げられる。さらに、筒部８１の内面は上記した六角部以外の多角形状であってもよい。
又、上記実施形態ではハウジングと金属筒体とを別体として両者を固定したが、ハウジングと金属筒体とを一体としてもよい。
又、金属筒体は、樹脂外筒の少なくとも一部の径方向周囲を覆えばよく、通常は高温となる先端側の樹脂外筒を覆って樹脂外筒を熱から保護している。

又、上記第１の実施形態では、カバー（樹脂外筒）はハウジングにインサート成型されているが、これに限られず、樹脂外筒が例えば圧入、隙間嵌め等の嵌合や、加締め、溶接、溶着等によりハウジングに接合されていてもよい。
さらに、上記実施形態では、樹脂外筒は、セパレータを収容、保護するよう構成されているが、これに限られず、樹脂外筒が例えば放熱部品や、各種端子金具を収容するよう構成されていてよい。
シール部材としては、Ｏリングの他、板パッキンを用いることができる。
又、上記実施形態では樹脂外筒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。

２００、３００ガスセンサ
１０ガスセンサ素子
１１検出部
１２ａ電極パッド（電極端子）
３１、３２接続端子
５０ハウジング
６１樹脂外筒
６１ｘ略円筒形状部
８０ヒートシンク部材（金属筒体）
８１筒部
８１Ｌｉ、８２ｆ、８２ｓ、８２ｐ係止面
８２フランジ部
Ｏ軸線方向
Ｃ_１〜Ｃ_６仮想円周

Claims

一対の電極を有して軸線方向に延び、自身の後端側に前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続される電極端子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を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持するハウジングと、
前記ハウジングの少なくとも後端部と前記ガスセンサ素子の後端側を覆い、少なくとも一部に略円筒形状部を有するとともに、前記電極端子と接続される接続端子を自身の内側に有する樹脂外筒と、
前記樹脂外筒の前記略円筒形状部の径方向外側を覆い自身の内面が前記樹脂外筒の少なくとも一部と密着すると共に、前記ハウジングに固定される金属筒体と、
を備えるガスセンサであって、
前記金属筒体は、前記軸線方向を中心とする仮想円周に対して交差すると共に、前記樹脂外筒の当該円周に沿った回転を規制する係止面を有し、該係止面に前記樹脂外筒の一部が係合するガスセンサ。
前記金属筒体は径方向外側に突出するフランジ部を有し、
前記係止面は前記フランジ部に設けられている請求項１記載のガスセンサ。
前記係止面は前記フランジ部の一部を折り返して形成されている請求項２記載のガスセンサ。
前記金属筒体は筒部において前記樹脂外筒と密着し、
前記係止面は前記金属筒体の筒部に設けられている請求項１記載のガスセンサ。
前記筒部の内面が多角筒になっている請求項４記載のガスセンサ。
前記フランジ部の一部が前記仮想円周より径方向外側にはみ出る請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサ。