JP2013024612A

JP2013024612A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2013024612A
Application number: JP2011157266A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yonezu; 邦彦米津
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-07-16
Filing date: 2011-07-16
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】ハウジングがガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出したコネクタ部を有する場合であっても、ガスセンサの振れを低減し、ガスセンサを取り付け対象体にしっかりと取り付けることができるガスセンサを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ方向に延び、検出部１１を有するガスセンサ素子１０と、ガスセンサ素子を取り囲むと共に、取り付け対象体３００の挿入孔３５０に挿入されるハウジング６０、６３、１００と、を備えたガスセンサ２００であって、ハウジングは、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏから径方向に延出するコネクタ部６３を有すると共に、ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出し、自身に取り付け対象体に取り付けられるための取付け孔を備えたフランジ部８２を有し、ガスセンサを後端側から軸線方向に沿って見たときに、取付け孔の中心は、ガスセンサ素子の中心軸線を基準としてコネクタ部の延出方向と反対側に位置する。
【選択図】図３

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排気系統（例えば、吸気管や排気管、吸気マニホールド等）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、ガス検出素子を樹脂製のハウジング（ケーシング）の内部に保持した構造が知られている（特許文献１）。又、軸線方向に延びるガスセンサ素子を金属製のハウジング（ケース）内に保持し、さらに、ケースにガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出するコネクタ部を取り付けた構造も知られている（特許文献２）。
これらのガスセンサは、いずれもハウジングの両端にフランジ部を設け、フランジ部に形成された取付け孔を介して吸気管等の取り付け対象体にガスセンサをネジやボルトで固定するようになっている。

特開2004-61433号公報（図４）特開2009-250682号公報（図２）

ところで、特許文献２記載のガスセンサのように、軸線方向に延びるガスセンサ素子の径方向は比較的重い金属製の主体金具部やプロテクタ等で取り囲まれており、ガスセンサ素子の中心軸線が概ねガスセンサの重心位置となっている。そのため、軸線方向に延びるガスセンサ素子を取り付け対象体の挿入孔に挿入して取り付けると、取り付け対象体が上下に振動した際に、ガスセンサ素子の中心軸線を支点にしてガスセンサに上下に振れる力が加わる。ところが、特許文献１、２記載の技術の場合、フランジ部の取付け孔がガスセンサ素子の中心軸線近傍に配置されているため、ガスセンサの上下の振れを取付け孔に取付けたネジ等の締付け力で低減することができず、ガスセンサの振れが大きくなって取付けが緩む等のおそれがある。
特に、特許文献２記載の技術のように、ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に離れた位置にコネクタが取付けられている場合、梃の原理によってコネクタが上下に大きく振れ、ガスセンサにさらに過大な振れ力が働く。
そこで、本発明は、ハウジングがガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出したコネクタ部を有する場合であっても、ガスセンサの振れを低減し、ガスセンサを取り付け対象体にしっかりと取り付け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と共に、自身の一部が取り付け対象体の挿入孔に挿入されるハウジングと、を備えたガスセンサであって、前記ハウジングは、前記ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出し、ガスセンサ素子と電気的に接続される電気端子を内包するコネクタ部を有すると共に、前記ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出し、自身に前記取り付け対象体に取り付けられるための取付け孔を備えたフランジ部を有し、前記ガスセンサを後端側から前記軸線方向に沿って見たときに、前記取付け孔の中心は、前記ガスセンサ素子の中心軸線を基準として前記コネクタ部の延出方向と反対側に位置する。

軸線方向に延びるガスセンサ素子を取り囲むハウジングの一部が取り付け対象体の挿入孔に挿入されたガスセンサにおいては、ガスセンサ素子付近が重く、ガスセンサ素子の中心軸線が概ねガスセンサの重心位置となる。そのため、取り付け対象体が振動した際に、ガスセンサ素子の中心軸線を支点にしてガスセンサに振れる力が加わる。
このとき、コネクタ部には、コネクタ部端部と中心軸線との距離に比例したモーメントが働く。一方、取付け孔には中心軸線と取付け孔の中心との距離に比例し、コネクタ部に働くモーメントと逆向きのモーメントが働く。従って、前記ガスセンサを後端側から前記軸線方向に沿って見たときに、取付け孔の中心が中心軸線を基準としてコネクタ部の延出方向と反対側に位置することで、中心軸線と取付け孔の中心との距離を比較的大きくとることができ、コネクタ部が振れるモーメントを打ち消してガスセンサの振れを取付け孔に取付けたネジ等の締付け力で低減することができる。
なお、取付け孔自体は、ガスセンサを後端側から軸線方向に沿って見たときに、中心軸線を基準にしたときに、コネクタ部の延出方向と同方向に配置されていても良い。

さらに、ガスセンサを後端側から軸線方向に沿って見たときに、取付け孔の中心は、中心軸線を基準としてコネクタ部の延出方向と反対側に位置していればよく、さらには、ガスセンサを後端側から軸線方向に沿って見たときに、取付け孔は、コネクタ部のコネクタ壁面の両側面を延出方向に延出した両仮想線間に設けられる領域内に位置することが好ましい。

さらには、前記取付け孔は、前記コネクタ部の延出方向に沿う中心線であって、前記ガスセンサ素子の中心軸線を通る直線上に位置すると、中心線に垂直な方向のフランジ部の幅を小さくしてガスセンサをコンパクト化することができるため、より好ましい。
なお、「前記取付け孔は、前記コネクタ部の延出方向に沿う中心線であって、前記ガスセンサ素子の中心軸線を通る直線上に位置する」とは、取付け孔の中心が直線上に位置するだけでなく、取付け孔自体が直線上に位置することを含む。

前記取付け孔が１個設けられていると、取付け孔に取り付ける固定具（ネジ、ボルト等）も１個で済むので、取付け作業の工数削減、固定具のコスト削減が図られる。

この発明によれば、ハウジングがガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出したコネクタ部を有する場合であっても、ガスセンサの振れを低減し、ガスセンサを取り付け対象体にしっかりと取り付けることができるガスセンサが得られる。

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。本発明に含まれないガスセンサの上面図である。ガスセンサのコネクタ部に上下の振動が加わったときのモーメントを示す図である。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の構成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構成を示す斜視図である。第４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。

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Ｏ方向（１点鎖線で示す。軸線Ｏが特許請求の範囲の「中心軸線」に相当）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Ｏと交わる方向を適宜「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の主体金具部５０（図１参照）に接合された樹脂部材６０と、樹脂部材６０の先端側の径方向周囲を覆う金属板製の取付け部材８０と、樹脂部材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、この第１の実施形態では、樹脂部材６０は、主体金具部５０にインサート成型されて固定される樹脂外筒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。さらに樹脂外筒６１には、後述するガス導入孔１１５の反対側に開口６３ｂを有しつつ、ガスセンサ２００の軸線Ｏから径方向（軸線Ｏ方向に垂直な方向）外側に延出する矩形で雄型のコネクタ部６３が一体に接続されている。
又、取付け部材８０のうちガスセンサ素子の軸線Ｏを基準としてコネクタ部６３と反対側には略半円状のフランジ部８２が延出しており、フランジ部８２には１個の取付け孔８３が開口している。又、主体金具部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、ガスセンサ素子１０を外側から保持する部材である、主体金具部５０、外側プロテクタ１００、樹脂部材６０、並びに後述するフランジ部８２及びコネクタ部６３を合わせて特許請求の範囲の「ハウジング」に相当する。
又、図３に示すように、ガスセンサ素子１０の径方向周囲は、比較的重い金属製の主体金具部５０や外側プロテクタ１００等で取り囲まれており、ガスセンサ素子１０の中心軸線Ｏが概ねガスセンサ２００の重心位置となっている。

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側に図示しており、図１に図示されていない第１の面１０ａに残りの３つを有する。）が形成されている。

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、主体金具部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の挿入孔３５０内に挿入される金属からなる主体金具部５０に保持されている。この主体金具部５０は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる。主体金具部５０の軸線Ｏ方向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の後端側における主体金具部５０外周には、くさび効果により樹脂製の樹脂部材６０との密着性を高めるため、軸線Ｏ方向に突没する凹凸部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、主体金具部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、後述する外側プロテクタ１００が係合される先端係合部５６が形成されている。又、主体金具部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、主体金具部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が主体金具部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。
主体金具部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、主体金具部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が主体金具部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、取付け部材８０の先端向き面（裏面）には円筒部８１が一体に接続され、円筒部８１は取付け部材８０の中央開口（図示せず）に連通し、ガスセンサ素子１０を含む素子アセンブリ１５０を円筒部８１内に挿通可能になっている。そして、取付け部材８０の一端から径方向外側に延びる半円状のフランジ部８２に開口する取付け孔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。なお、取付け部材８０の先端向き面（裏面）は面一になっていて、取り付け対象体３００の外面に密着するようになっている（図３参照）。
ここで、円筒部８１の外径は、主体金具部５０の径大部５２の外径と同一であり、円筒部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、円筒部８１を主体金具部５０の後端側に被せると、円筒部８１の先端が段部５２ｅの外側段部にぴったりと嵌合しつつ、円筒部８１と径大部５２の外面が面一になる。さらに、主体金具部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、取付け部材８０内面との間に隙間を生じる。そして、この状態で、円筒部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、取付け部材８０及び円筒部８１が主体金具部５０の後端側の径方向周囲を取り囲んでいる。
取付け部材８０及び円筒部８１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。取付け部材８０及び円筒部８１はヒートシンクとして作用し、これらの熱伝導率は、主体金具部５０より高くても低くてもどちらでもよいが、後述する樹脂部材６０よりは高いことが好ましい。

次に、樹脂外筒６０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、上記した主体金具部５０と円筒部８１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と主体金具部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と主体金具部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、主体金具部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と主体金具部５０との接合部になっている。又、この接合部では、樹脂外筒６１が円筒部８１の内面とも密着しており、円筒部８１及び取付け部材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。

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側に主体金具部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。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、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がガスセンサ２００の径方向に延びることで、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ことができる。そのため、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が主体金具部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に電気的に接続されるようになっている。
なお、コネクタ端子７０は、特許請求の範囲の「電気端子」に相当する。
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が樹脂部材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。

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、主体金具部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と主体金具部５０との間をシールするようになっている。
そして、取付け部材８０の先端向き面（裏面）を取り付け対象体３００の外面に接しさせ、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。
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。

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４〜図６を参照し、本発明の特徴部分について説明する。図４は第１の実施形態に係るガスセンサ２００の上面図、図５は本発明に含まれないガスセンサ１０００の上面図、図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、ガスセンサ２００，１０００のコネクタ部に上下の振動が加わったときのモーメントを示す図である。
図４に示すように、本発明の実施形態に係るガスセンサ２００において、フランジ部８２に設けた取付け孔８３は、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏ（中心軸線Ｏを通る基準線Ｂ）を基準として、コネクタ部６３と反対側に位置する。例えば、図４では、コネクタ部６３が基準線Ｂより右側に位置し、取付け孔８３が基準線Ｂより左側に位置する。
一方、図５に示すように、本発明に含まれないガスセンサ１０００において、フランジ部８２０に設けた取付け孔８３０は、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏ（基準線Ｂ）を基準として、コネクタ部６３と同じ側に位置する。つまり、図５では、コネクタ部６３と取付け孔８３０はいずれも基準線Ｂより右側に位置する。なお、図４、図５において、取付け孔８３、８３０の位置は、取付け孔８３、８３０の中心の位置とする。

ここで、本発明の実施形態に係るガスセンサ２００は、軸線方向に延びるガスセンサ素子を取り付け対象体３００の挿入孔に挿入した状態で取り付けられる（図３参照）。この場合、図６（ａ）に示すように、取り付け対象体３００が上下に振動すると、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを支点にしてガスセンサ２００に上下に振れる力Ｖが加わる。このとき、コネクタ部６３には、コネクタ部６３の外端部と中心軸線Ｏとの距離Ｌ_ＧＣに比例したモーメントＭ_ＧＣが働く。一方、取付け孔８３には中心軸線Ｏと取付け孔８３の中心との距離Ｌ_Ｈに比例し、モーメントＭ_ＧＣと逆向きのモーメントＭ_Ｈが働く。
従って、取付け孔８３が中心軸線Ｏを基準としてコネクタ部６３の延出方向と反対側に位置することで、距離Ｌ_Ｈを比較的大きくとることができ、コネクタ部６３が振れるモーメントＭ_ＧＣを打ち消してガスセンサ２００の振れを取付け孔８３に取付けたネジ等の締付け力で低減することができる。
このように、モーメントＭ_ＨでモーメントＭ_ＧＣを十分に打ち消す観点からは、モーメントＭ_Ｈ＝モーメントＭ_ＧＣとなるようにコネクタ部６３及び／または取り付け孔８３を配置することが好ましいが、少なくともモーメントＭ_Ｈ＞モーメントＭ_ＧＣとなるような配置であればよい。

一方、図６（ｂ）に示すように、ガスセンサ１０００においても、取り付け対象体３００が上下に振動すると、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを支点にしてガスセンサ１００００に上下に振れる力Ｖが加わる。
この場合も、取付け孔８３０の中心には、中心軸線Ｏと取付け孔８３０との距離Ｌ_Ｍに比例しモーメントＭ_ＧＣと逆向きのモーメントＭ_Ｍが働くが、取付け孔８３０が中心軸線Ｏに近いため、距離Ｌ_Ｍが距離Ｌ_ＧＣに比べて極めて小さくなる。そのため、モーメントＭ_ＭでモーメントＭ_ＧＣを十分に打ち消すことができず、ガスセンサ１０００の上下の振れを取付け孔８３０に取付けたネジ等の締付け力で低減することが困難となり、ガスセンサの振れが大きくなる。

なお、図４に示すように、第１の実施形態に係るガスセンサ２００においては、取付け孔８３は、コネクタ部６３の延出方向に沿う中心線Ｌであって、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを通る直線Ｌ上に位置する。このような構成とすると、中心線Ｌに垂直な方向のフランジ部８２の幅を小さくしてガスセンサ２００をコンパクト化することができる。
又、第１の実施形態に係るガスセンサ２００においては、取付け孔８３が１個設けられている。このような構成とすると、取付け孔８３に取り付ける固定具（ネジ、ボルト等）も１個で済むので、取付け作業の工数削減、固定具のコスト削減が図られる。

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の主体金具部５０の段部５２ｅ（図３参照）に、取付け部材８０の筒部８１の先端を嵌合し、全周レーザ溶接して取付け部材８０を主体金具部５０の後端側に接続する（図７（ａ））。次に、取付け部材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））。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２１０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２１０は、取付け部材８０Ｂ、フランジ部８２Ｂ、及び取付け孔８３Ｂの構成以外は、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。
図８に示すように、取付け部材８０Ｂのうち、ガスセンサ素子１０（素子アセンブリ１５０として表示）の中心軸線Ｏを基準としてコネクタ部６３と反対側には、径方向に延出したフランジ部８２Ｂが２個設けられている。各フランジ部８２Ｂは、コネクタ部６３の延出方向に沿う中心線Ｌであって、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを通る直線Ｌを挟んで離間して配置され、中心線Ｌに垂直な方向に各フランジ部８２Ｂはコネクタ部６３より外側にはみ出している。又、各フランジ部８２Ｂにそれぞれ１つずつ設けられた取付け孔８３Ｂも、直線Ｌを挟んで離間している。
第２の実施形態に係るガスセンサ２１０においては、取付け孔８３Ｂが複数個設けられているので、ガスセンサ２１０を取り付け対象体によりしっかりと取り付けることができる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ２２０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２２０は、取付け部材８０Ｃ、フランジ部８２Ｃ、及び取付け孔８３Ｃの構成以外は、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。
図９に示すように、取付け部材８０Ｃのうち、ガスセンサ素子１０（素子アセンブリ１５０として表示）の中心軸線Ｏを基準としてコネクタ部６３と反対側には、径方向に延出したフランジ部８２Ｃが設けられている。フランジ部８２Ｃは、取付け部材８０Ｃの一端に半円状に形成されている。又、フランジ部８２Ｃは、コネクタ部６３の延出方向に沿う中心線Ｌであって、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを通る直線Ｌに垂直な方向に、コネクタ部６３とほぼ同じ位置まで延びている。又、フランジ部８２Ｂには、直線Ｌを挟んで２個の取付け孔８３Ｂが離間して設けられている。
そして、取付け孔８３Ｃは、フランジ部８２Ｃに２個設けられており、それぞれの取付け孔８３Ｃは、ガスセンサ２２０を後端側から中心軸線Ｏに沿って見たときに、コネクタ部６３のコネクタ壁面６３ａの両側面を延出方向に延出した両仮想線Ｓ−Ｔ間に設けられる領域内に位置している。なお、取付け孔８３Ｃが両仮想線Ｓ−Ｔ間に設けられる領域内に位置しているとは、取付け孔８３Ｃの少なくとも一部がＳ−Ｔ間に位置していればよいことをいう。
第３の実施形態に係るガスセンサ２２０においては、取付け孔８３Ｃが複数個設けられているので、ガスセンサ２２０を取り付け対象体によりしっかりと取り付けることができる。又、フランジ部８２Ｃが直線Ｌに垂直な方向にコネクタ部６３より大きくはみ出さないので、ガスセンサのコンパクト化も図られる。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ２３０の構造を示す斜視図である。なお、第４の実施形態に係るガスセンサ２３０は、取付け部材８０Ｄ、フランジ部８２Ｄ、及び取付け孔８３Ｄの構成以外は、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。
図１０に示すように、取付け部材８０Ｄのうち、ガスセンサ素子１０（素子アセンブリ１５０として表示）の中心軸線Ｏを基準としてコネクタ部６３と反対側には、径方向に延出したフランジ部８２Ｄが２個設けられている。各フランジ部８２Ｄは、コネクタ部６３の延出方向に沿う中心線Ｌであって、ガスセンサ素子の中心軸線Ｏを通る直線Ｌを挟んで離間して配置され、中心線Ｌに垂直な方向に各フランジ部８２Ｂはコネクタ部６３より外側にはみ出している。又、各フランジ部８２Ｂは、直線Ｌに沿う方向に取付け部材８０Ｄよりはみ出し、各フランジ部８２Ｂが取付け部材８０Ｄから径方向外側に略円形状に突出している。
さらに、各フランジ部８２Ｂにそれぞれ１つずつ設けられた取付け孔８３Ｄも、直線Ｌを挟んで離間している。
第４の実施形態に係るガスセンサ２３０においては、取付け孔８３Ｄが複数個設けられているので、ガスセンサ２３０を取り付け対象体によりしっかりと取り付けることができる。

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。
又、フランジ部は金属製でなくてもよく、例えば樹脂外筒と一体に樹脂成形してもよい。
又、上記実施形態ではコネクタ部及びフランジ部を径方向に対して垂直に延出させているが、これに限られず、軸線Ｏと交わる方向に延出していればよく、コネクタ部とフランジ部の延出方向がそれぞれ異なっていてもよい。
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。
又、上記実施形態では、樹脂部材６０は主体金具部５０にインサート成型されているが、これに限られず、樹脂部材６０が例えば圧入、隙間嵌め等の嵌合や、加締め、溶接、溶着等により主体金具部５０に接合されていてもよい。

１０ガスセンサ素子
１１検出部
５０主体金具部（ハウジング）
６０樹脂部材（ハウジング）
６３コネクタ部（ハウジング）
７０コネクタ端子（電気端子）
８０、８０Ｂ〜８０Ｄ取付け部材
８２、８２Ｂ〜８２Ｄフランジ部（ハウジング）
８３、８３Ｂ〜８３Ｄ取付け孔
２００〜２３０ガスセンサ
３００取り付け対象体
３５０挿入孔
Ｏ中心軸線
Ｃ接合部
Ｌコネクタ部の延出方向に沿う中心線

Claims

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と共に、自身の一部が取り付け対象体の挿入孔に挿入されるハウジングと、を備えたガスセンサであって、
前記ハウジングは、前記ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出し、ガスセンサ素子と電気的に接続される電気端子を内包するコネクタ部を有すると共に、前記ガスセンサ素子の中心軸線から径方向に延出し、自身に前記取り付け対象体に取り付けられるための取付け孔を備えたフランジ部を有し、
前記ガスセンサを後端側から前記軸線方向に沿って見たときに、前記取付け孔の中心は、前記ガスセンサ素子の中心軸線を基準として前記コネクタ部の延出方向と反対側に位置するガスセンサ。
前記取付け孔は、前記コネクタ部の延出方向に沿う中心線であって、前記ガスセンサ素子の中心軸線を通る直線上に位置する請求項１記載のガスセンサ。
前記取付け孔が１個設けられている請求項１又は２記載のガスセンサ。