JP3703627B2

JP3703627B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP3703627B2
Application number: JP17143898A
Authority: JP
Inventors: 康司松尾; 正二赤塚; 正一大月; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: US6548023B1; JP2000002684A; EP0965838A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯ_Ｘセンサなど、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。この金属製のケーシングは、外周面にセンサ取付け用のねじ部が形成された主体金具、その主体金具の一端側から突出する検出素子の検出部を覆う形で主体金具に結合されるプロテクタ、そのプロテクタとは反対側から主体金具に結合されるとともに、主体金具の後方に延びる検出素子を覆う内筒部材、さらには、その内筒部材の後端部に結合され、検出素子からのリード線を後方側の開口部から延出させる外筒部材など、複数の筒状体を組み合わせて構成される。
【０００３】
このうち、内筒部材と外筒部材とは例えばステンレス鋼にて形成されるが、多くのセンサにおいて、これらは次のような加締め接合により結合されていることが多い。すなわち、外筒部材の端部を内筒部材の対応する端部に外側から重ね合わせて重なり部を形成し、その重なり部において外筒部材を内筒部材に向けて周方向に加締めることにより環状の加締め部を形成して、両者を気密に結合した状態とする。
【０００４】
ところで、上記のような内筒部材と外筒部材とを加締め接合するに際しては、加締めに先立って両部材の硬度調整を行うことが、がたつきやゆるみが生じにくく気密性に優れた接合状態を得る上で重要である。例えば、特開平９−２１０９５３号公報には、酸素センサの内筒部材と外筒部材とをステンレス鋼で構成した場合、内筒部材（内側カバー）のビッカース硬度をＨｖ１５０〜３５０、外筒部材（外側カバー）のビッカース硬度をＨｖ１００〜３００に調整することにより、耐震性とシール性に優れた加締め接合状態が得られる旨が記載されている。また、その実施形態例には、具体的な数値として外筒部材の硬度をＨｖ１５０（ただし厚さ０．５ｍｍ）、内筒部材の硬度をＨｖ２４０（ただし厚さ０．７ｍｍ）とする例が挙げられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガスセンサ、例えば酸素センサは、高温の排気ガスが流通する排気管やエキゾーストマニホルドに取り付けて使用されることが多い関係上、センサ温度は、不使用時には室温前後となる一方、高速高負荷運転時には数百℃にも昇温するため、かなり激しい熱衝撃が繰返し付加されることとなる。しかしながら、上記公報においては、加締め接合状態に及ぼす振動付加と被水（あるいは冠水）の影響については論じられているが、上記のような熱衝撃付加の影響については詳しい言及がほとんどなされていない。そして、本発明者らが鋭意検討した結果、外筒部材及び内筒部材の硬度値として上記公報に記載された値を採用した場合、センサの加締め接合部は、厳しい熱履歴を付加した後においては、加締め接合部が必ずしも良好な気密性を維持し得ないことが判明したのである。
【０００６】
本発明の課題は、検出素子を覆う内筒部材と外筒部材とが加締め接合された構成を有し、かつ熱衝撃等が加わりやすい使用環境下においても、その加締め部が良好な気密性を維持しうるガスセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明のガスセンサは、
先端部に検出部が形成された棒状ないし筒状形態をなし、測定対象となるガス（被測定ガス）中の被検出成分を検出する検出素子と、
検出部への被測定ガスの流通を許容した状態で、検出素子の外側を覆う筒状のケーシングとを備え、
そのケーシングは、軸線方向に隣接配置される２つの筒状部を少なくとも含んで構成され、それら２つの筒状部は、対応する端部において一方のもの（以下、内筒部材という）が他方のもの（以下、外筒部材という）の内側に位置する形で重なり部を生ずるように配置されており、
内筒部材のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ２５０〜４３０、外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ１６０〜３３０、両者の硬度差Ｈ1−Ｈ2が３０以上とされ、重なり部においてそれら内筒部材と外筒部材とが、周方向に形成された加締め部により気密状態で接合されていることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明のガスセンサの構成によれば、内筒部材と外筒部材との硬度を上記のように設定することにより、熱衝撃等の加わりやすい使用環境下においても、加締め部が良好な気密性を維持しうるものとなる。
【０００９】
本発明の構成において重要な点は、まず、外筒部材のビッカース硬度Ｈ2をＨｖ１６０以上と、例えば前記公報に開示された値よりも高めに設定したことにある。すなわち、外筒部材のビッカース硬度を高めることにより加締め部の硬度が高められるので、熱サイクル付加時に加締め部に生ずる熱応力変形が抑制されて緩み等が生じにくくなり、気密性が向上するものと考えられる。そして、内筒部材のビッカース硬度Ｈ1をＨｖ２５０以上とさらに高い値に設定し、加えて外筒部材との硬度差Ｈ1−Ｈ2が３０以上となるように設定することで、上記のように硬度の高い外筒部材を加締めた場合に、内筒部材はその加締め力を十分に受けとめることができるようになり、密着力の高い加締め部形成が可能となる。
【００１０】
外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ１６０未満になると、加締め部の耐熱衝撃性が低下し、繰返し熱サイクルが加わった場合に十分な気密性が確保できなくなる。また、内筒部材との間の硬度差Ｈ1−Ｈ2が３０未満になると、内筒部材が加締め力を十分に受けとめられなくなって望まざる強変形を起こし、また、外筒部材の加締め変形も不十分となって、得られる加締め部の気密性が損なわれる不具合につながる。なお、内筒部材のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ２５０未満になるか、あるいは外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ３３０を超えると、加締め部の耐熱衝撃性が低下し、繰返し熱サイクルが加わった場合に十分な気密性が確保できなくなる。その理由は、まず、内筒部材のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ２５０未満になった場合は、該内筒部材の剛性の絶対値が不足する結果、加締め時に望まざる強変形を起こして気密性が損なわれるものと考えられる。他方、外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ３３０を超えた場合は、外筒部材の剛性が高くなり過ぎ、加締め時の変形が不十分になるか、あるいは無理に加締めようとしたときに不均一変形や割れ等を生じやすくなって、同様に気密性が損なわれるものと考えられる。なお、上記硬度差Ｈ1−Ｈ2はより望ましくは５０以上とするのがよい。
【００１１】
次に、内筒部材の肉厚は０．６〜１．０ｍｍとするのがよく、外筒部材の肉厚は０．２〜０．６ｍｍとするのがよい。内筒部材の肉厚が０．６ｍｍ未満になると、その硬度Ｈ1をＨｖ２５０以上に確保していても加締め力の受け止めが不十分となり、加締め部の気密性が損なわれる場合がある。また、内筒部材の肉厚が１．０ｍｍを超えると、加締め加工が困難となる場合がある。他方、外筒部材の肉厚が０．２ｍｍ未満になると該部材の強度不足による変形等が生じやすくなる。また、外筒部材の肉厚が０．６ｍｍを超えると、加締め力が内筒部材に作用しにくくなり、健全な加締め部を得にくくなる場合がある。
【００１２】
また、本発明者らの検討によれば、内筒部材との間で３０以上（望ましくは５０以上）の硬度差が生じている限り、外筒部材の硬度Ｈ2として少なくともＨｖ１６０が確保されていることで、内筒部材の硬度Ｈ1がＨｖ４３０までは、そのレベルによらず、加締め部の耐熱衝撃性を良好に確保できることが判明している。このことは、内筒部材の硬度レベルが高くなるほど、良好な加締め部が得られる外筒部材の硬度範囲が拡がること、換言すれば、工程上の要因で外筒部材の硬度が多少ばらついた場合でも、耐熱衝撃性に優れた良好な加締め部が得やすくなることを意味している。具体的には、内筒部材の硬度Ｈ1をＨｖ３００以上とすることで、良好な加締め部を形成できる外筒部材の硬度範囲が顕著に拡がり、工程管理も容易となる。この観点において、内筒部材の硬度Ｈ1は、より望ましくはＨｖ３３０以上に設定するのがよい。なお、内筒部材あるいは外筒部材の材質として、例えばオーステナイト鋼などの冷間加工可能な鉄系材料を例示することができるが、この場合、その硬度レベルは一般にはＨｖ４３０以下の範囲のものとなる。
【００１３】
他方、外筒部材が、例えばオーステナイト系ステンレス鋼の鍛造、引抜あるいは深絞り工等の冷間加工により製造されたものである場合、そのビッカース硬度Ｈ2は、より望ましくはＨｖ１７５〜２７５の範囲で調整するのがよい。これは、以下の理由による。
【００１４】
すなわち、冷間加工後の部材は加工硬化の進行により、Ｈｖ３５０〜４００前後と加締め加工には不向きな高硬度状態になっていることが多いので、部材を加締め加工するのに先立って加工に適した硬度範囲のものとなるよう、これを適当な温度で焼鈍（焼なまし）することが望ましい。この場合、冷間加工材の焼鈍後の硬度は焼鈍温度に対して必ずしも直線的に変化せず、温度の上昇に対してある温度までは硬度の変化は比較的小さいが（第一温度域）、その温度に到達すると比較的狭い特定の温度域にて硬度が急激に減少し（第二温度域）、それよりも高温側では再び温度上昇に対する硬度変化が鈍くなる（第三温度域）という挙動をとる。
【００１５】
そして、外筒部材のビッカース硬度Ｈ2を上記範囲に設定することで、硬度変化の比較的小さい第三温度域、あるいは第二温度域高温側における焼鈍処理により部材の硬度調整を行うことが可能となり、焼鈍温度が多少ずれても加締め加工に適した硬度レベルを安定して得ることが可能となる。なお、内筒部材は、加工後に特に焼鈍を施さなくとも、その硬度をＨｖ２５０〜４３０の範囲内のものにできる場合がある。また、外筒部材についても温間加工などの採用により、加工後の焼鈍を省略しても、その硬度をＨｖ１６０〜３３０の範囲内のものにできる場合がある。
【００１６】
内筒部材あるいは外筒部材の具体的な材質としては、耐食性確保の観点から前述のようにステンレス鋼を使用することが望ましい。具体的には、ＪＩＳ：Ｇ４３０４に記載された各種ステンレス鋼があり、例えば、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等のオーステナイト系ステンレス鋼（常温においてもオーステナイト組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ３２９Ｊ２Ｌ等のオーステナイト−フェライト系ステンレス鋼（オーステナイトとフェライトの２相組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等のフェライト系ステンレス鋼（熱処理によって硬化せず、かつフェライト組織を示すステンレス鋼）、ＳＵＳ６３１等の析出硬化系ステンレス鋼（アルミニウム、銅などの元素を添加することにより、熱処理によってこれらの元素を主体とする化合物等を析出させ、硬化させることができるステンレス鋼）等を例示できる。
【００１７】
また、本発明でいう「ステンレス鋼」の概念には、下記に例示される耐熱鋼も含まれるものとする。
▲１▼オーステナイト系耐熱鋼
例えばＪＩＳ：Ｇ４３１１及びＧ４３１２に組成が規定されたものがあり、ＳＵＳ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１等を例示できる。なお、該オーステナイト系耐熱鋼は、本発明においてオーステナイト系ステンレス鋼の概念に含まれるものとする。
▲２▼フェライト系耐熱鋼
例えばＪＩＳ：Ｇ４３１１及びＧ４３１２に組成が規定されたものがあり、ＳＵＨ４４６等を例示できる。なお、該フェライト系耐熱鋼は、本発明においてフェライト系ステンレス鋼の概念に含まれるものとする。
▲３▼マルテンサイト系耐熱鋼
例えばＪＩＳ：Ｇ４３１１及びＧ４３１２に組成が規定されたものがあり、ＳＵＳ１、ＳＵＳ３、ＳＵＳ４、ＳＵＳ１１、ＳＵＳ６００、ＳＵＳ６１６等を例示できる。なお、該マルテンサイト系耐熱鋼は、本発明においてマルテンサイト系ステンレス鋼の概念に含まれるものとする。
【００１８】
これらのうち、加工（特に冷間加工）の容易性ひいては部材の製造能率向上の観点から、フェライト系ステンレス鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼を本発明に好適に使用でき、高温多湿となるセンサの使用環境を考慮すれば、オーステナイト系ステンレス鋼を使用することが特に望ましいといえる。
【００１９】
なお、内筒部材と外筒部材との重なり部には、該外筒部材を前記内筒部材に向けて加締めることにより、それらの周方向に円環状に形成された主加締め部と、該円環状の主加締め部において外筒部材と内筒部材とが、それらの軸線周りにおいて相対的に回転することを阻止する回転阻止部とを形成することができる。この構成によれば、主加締め部においては、内筒部材と外筒部材との間の接触面が円筒状面となるので気密性に優れ、それらの間から内筒部材内に水等が漏れ込むことが確実に阻止される。また、該主加締め部と共に回転阻止部を形成することで、内筒部材と外筒部材との間に軸線回りの捩じり力が作用しても、両者の間に相対的な回転が生じにくく、ひいては上記主加締め部における気密性を一層確実なものとすることができる。
【００２０】
回転阻止部は、外筒部材の軸線方向において主加締め部の少なくとも一方の側に、該外筒部材を内筒部材に向けて加締めることにより形成された補助加締め部とすれば、その形成も容易で回転阻止効果にも優れる。補助加締め部は、具体的には、外筒部材の軸線方向において主加締め部に対し所定の間隔で隣接し、かつ該外筒部材の周方向に沿う環状に形成することができる。環状形態の補助加締め部を主加締め部に隣接して形成することで、回転阻止効果が一層高められる。この場合、さらに具体的には、補助加締め部の軸断面形状を多角形状とすることができる。こうすれば、内筒部材と外筒部材との接触面が角筒状となり、捩じり力が作用した場合の内筒部材と外筒部材との間の相対的な回転が極めて生じにくくなる。
【００２１】
なお、補助加締め部は、主加締め部よりも検出素子に近い側に形成するのがよい。すなわち、センサの先端側は高温にさらされることが多いので、気密性確保が優先される主加締め部がそのような熱源から遠くなる上記配置関係がより望ましいといえる。
【００２２】
また、主加締め部と補助加締め部とは、それぞれ外筒部材を周方向外側から圧縮する複数の加締めパンチを含むとともに、外筒部材の軸線方向において所定距離だけ隔たった位置関係で配置される２組の加締めパンチユニットを用いて一括して形成することができる。この方式によれば、主加締め部と補助加締め部とが１回の加締め工程により同時形成されるので能率的であるばかりでなく、次のような効果も合わせて達成される。すなわち、加締めパンチによる圧縮により、外筒部材が内筒部材に向けて局所的に食い込みつつ圧接されて加締め部が形成されるのであるが、その圧接部の周囲において外筒部材には、食込変形に伴うしわ寄せ部あるいは浮き上がり部が形成されやすい。ここで、主加締め部と補助加締め部とを順次的に形成した場合、後で形成する加締め部によるしわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響が先に形成した加締め部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように両加締め部を同時に形成するようにすれば、しわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響をそれら加締め部の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれの加締め部においても十分な密着性すなわち気密性を確保することができるようになる。
【００２３】
なお、上記ガスセンサの構成においては検出素子を、その検出部が、ケーシング内に導入される外気を基準ガスとして作動する酸素濃淡電池素子を含むものとして構成することができる。この場合、内筒部材を検出素子を収容する主筒とし、外筒部材をその主筒とは独立した筒状体としてこれにほぼ同軸的に設けられ、検出素子からのリード線が自身の後方外側へ延びることを許容しつつ、主筒に対し後方側から連結されるフィルタアセンブリとすることができる。そして、そのフィルタアセンブリは、主筒に対し後方側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとともに内部が該主筒の内部と連通し、かつ壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備えて構成することができる。この場合、それらフィルタ及び気体導入孔を経て外気が主筒内に導入されることとなる。なお、本明細書においては、酸素検出素子の軸方向においてその先端部に向かう側を「前方側」、これと反対方向に向かう側を「後方側」とする。
【００２４】
上記構成の特徴の要旨は、フィルタを含む気通構造部をフィルタアセンブリとして主筒とは独立に構成し、これを主筒に連結・一体化した構成を有する点にある。これにより、次のような効果が達成される。
▲１▼フィルタアセンブリの組立ては、酸素検出素子などの主筒内への組付けとは独立に行うことができるので、例えば検出素子のリード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。
▲２▼主筒内への部品の組付けと、フィルタアセンブリの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等が生じにくい。
【００２５】
なお、本発明においてフィルタは、例えばポリテトラフルオロエチレン等、フッ素系樹脂からなる多孔質樹脂形成物で構成された防水性かつ通気性を有するものを使用できる。具体的には、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（例えば、特公昭４２−１３５６０、特公昭５１−１８９９１、特公昭５６−４５７７３、特公昭５６−１７２１６、特開昭１４５７３５、特開昭５９−１５２８２５、特開平３−２２１５４１、特開平７−１２６４２８、特開平７−１９６８３１等、商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））を用いたものを使用できる。
【００２６】
フィルタアセンブリは、主筒の後方側に対し内部が互いに連通するようにこれと同軸的かつ一体的に設けられ、壁部に１ないし複数の気体導入孔が形成されたフィルタ保持部と、該フィルタ保持部の外側において気体導入孔を塞ぐように配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタと、そのフィルタの外側に配置される筒状に形成され、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔が形成されるとともに、該フィルタをフィルタ保持部との間で挟み付けて保持する補助フィルタ保持部とを備えたものとして構成できる。この場合、補助気体導入孔からフィルタを経て気体導入孔より外気が主筒内に導入される。すなわち、内外のフィルタ保持部によりフィルタを確実に保持することができ、フィルタ保持部へのフィルタの組付けも容易である。例えばフィルタを円筒状に形成した場合、フィルタ保持部に対し該フィルタを外挿し、さらにその外側から補助フィルタ保持部を嵌め入れ、気体導入孔及び補助気体導入孔と干渉しない位置において、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを結合する保持部結合部を形成すればよい。
【００２７】
気体導入孔及び補助気体導入孔は、それぞれフィルタ保持部及び補助フィルタ保持部に対し、軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で複数個形成することができる。これにより、フィルタアセンブリ側から主筒内へ外気を偏りなく導入することができる。また、フィルタ保持部を周方向に取り囲むように、例えば筒状のフィルタをその外側に配置し、補助フィルタ保持部には保持部結合部として、フィルタを挟んで該補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に向けて加締めることにより、その周方向に沿って環状のフィルタ加締め部を形成することができる。保持部結合部を環状のフィルタ加締め部とすることで、フィルタアセンブリの組立てが一層容易となる。なお、この環状の加締め部は、軸方向において気体導入孔及び補助気体導入孔の列を挟む両側に形成できる。この場合、各加締め部において、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間にフィルタの縁を挟み込む形にすることで、補助気体導入孔からフィルタの縁を迂回してフィルタ保持部の気体導入孔ヘ至る経路が形成されにくくなり、ここを通って水等がフィルタ保持部内側ひいては主筒内側へ漏れ込む可能性も小さくなる。
【００２８】
また、フィルタを上述のように筒状に形成してフィルタ保持部の外周に沿うように配置する場合、補助フィルタ保持部は、その軸方向後端縁がフィルタの後端縁に対応して位置するように配置でき、該後端縁に沿って周方向にフィルタ加締め部を形成することができる。これにより、補助フィルタ保持部の後端面位置において、フィルタ保持部との間に位置するフィルタを目視できるようになる。このようにすれば、次のような利点がある。すなわち、フィルタ保持部に筒状のフィルタを外挿し、その状態でさらに補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に対して軸方向に相対移動させながら嵌め入れる際に、フィルタが補助フィルタ保持部と連れ移動して位置ずれを起こすことがありうる。この場合、万一この状態でフィルタ加締め部が形成されれば、加締め部からフィルタが外れてシールが不完全となるのであるが、フィルタの後端面部分が上述のように目視できるようになっていることで、そのようなフィルタの加締め不良を容易に発見できる。
【００２９】
また、補助フィルタ保持部の前端縁側にフィルタ加締め部を形成する場合、そのフィルタ加締め部においてフィルタを部分的に露出させるフィルタ確認露出部を形成することもできる。こうすれば、補助フィルタ保持部の前端縁側においても加締め部においてフィルタが正常に加締められているか否かを容易に判別できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
図１は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素検出素子２と、軸状のセラミックヒータである発熱体３とを備えて構成される。酸素検出素子２は酸素イオン伝導性を有する固体電解質により構成されている。そのような固体電解質としては、Ｙ_２Ｏ_３ないし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ないし希土類金属の酸化物とＺｒＯ_２との固溶体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ_２にはＨｆＯ_２が含有されていてもよい。
【００３１】
この酸素検出素子２の中間部外側には、絶縁性セラミックから形成されたインシュレータ６，７、並びにタルクから形成されたセラミック粉末８を介して金属製のケーシング１０が設けられ、酸素検出素子２はケーシング１０と電気的に絶縁された状態で貫通している。ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された内筒部材としての主筒１４、該主筒１４とは反対側から主体金具９に取り付けられたプロテクタ１００等を備える。また、図２に示すように、酸素検出素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように一対の電極層２ｂ，２ｃが設けられている。これら電極層２ｂ，２ｃはいずれも、酸素検出素子２を構成する固体電解質へ酸素を注入するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質から酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する可逆的な触媒機能（酸素解離触媒機能）を有する多孔質電極、例えばＰｔ多孔質電極として構成されている。
【００３２】
なお、以下においては、酸素検出素子２の軸方向においてその閉じた先端部に向かう側を「前方側（あるいは先端側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（あるいは後端側）」として説明を行う。
【００３３】
まず、主体金具９の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて覆うようにキャップ状のプロテクタ１００が装着されている。プロテクタ１００には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口１０３〜１０６が貫通形態で形成されている。これにより排気ガス中の酸素が酸素検出素子２の先端側表面に接触可能となっている。
【００３４】
次に、主体金具９の後方側の開口部には、前述の主筒１４がインシュレータ６との間にリング１５を介して加締められ、この主筒１４にさらに外筒部材としてのフィルタアセンブリ１６が外側から嵌合・固定されている。このフィルタアセンブリ１６の図中上端側の開口はゴム等で構成されたグロメット（弾性シール部材）１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（リード線２０，２１の影になって見えない）が配置されている。
【００３５】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔７２が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。そして、該セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。
【００３６】
酸素検出素子２用の一方のリード線２０は、端子金具２３のコネクタ部２４及びこれに続く引出し線部２５、並びに端子金具２３の内部電極接続部２６を経て、前述の酸素検出素子２の内側の電極層２ｃ（図２）と電気的に接続されている。一方、他方のリード線２１は、別の端子金具３３のコネクタ部３４及びこれに続く引出し線部３５並びに外部電極接続部３５ｂを経て、酸素検出素子２の外側の電極層２ｂ（図２）と電気的に接続されている。
【００３７】
ここで、酸素検出素子２は、排気ガス温が十分高温となっている場合には当該排気ガスで加熱されて活性化されるが、エンジン始動時など排気ガス温が低温である場合には前述の発熱体３で強制的に加熱することで活性化される。発熱体３は、通常はセラミックヒータであり、例えばアルミナを主とするセラミック棒４５の先端部に、例えば蛇行状に形成された抵抗発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２が設けられたものである。この抵抗発熱線部は、ヒータ端子部４０から延びるリード線を経て通電されることにより、酸素検出素子２の先端部（検出部）を所定の活性化温度以上に加熱する役割を果たす。
【００３８】
また、上述の発熱体３は、端子金具２３により酸素検出素子２の中空部内に保持される。この端子金具２３には、前述の内部電極接続部２６に関して発熱体３の先端側（すなわち発熱部４２に近い側）に発熱体把持部２７が形成されている。発熱体把持部２７は、発熱体３の周囲を包囲するＣ字状の横断面形状を有している。そして、発熱体３を未挿入の状態では該発熱体３の外径よりは少し小さい内径を有し、発熱体３の挿入に伴い弾性的に拡径してその摩擦力により該発熱体３を把持する。図１の構成において、この発熱体把持部２７は内部電極接続部２６の片側の１箇所にのみ設けられている。
【００３９】
内部電極接続部２６は、左右両側の縁に鋸刃状の接触部２６ａがそれぞれ複数形成された板状部分を円筒状に曲げ加工することにより、発熱体３を包囲する形態で形成されている。そして、その外周面と酸素検出素子２の中空部内壁面２ａとの間の摩擦力によって発熱体３を該中空部に対し軸線方向に位置決めする役割を果たすとともに、上記複数の接触部２６ａの各先端部において内側の電極層２ｃ（図２）と接触・導通するようになっている。
【００４０】
次に、図３に示すように、フィルタアセンブリ１６は、主筒１４（ケーシング１０）に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとともに、内部が主筒１４の内部と連通し、かつ壁部に複数の気体導入孔５２が形成されたフィルタ保持部５１を備える。そして、そのフィルタ保持部５１の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側には、壁部に１ないし複数の補助気体導入孔５５が形成されるとともに、フィルタ５３をフィルタ保持部５１との間で挟み付けて保持する筒状の補助フィルタ保持部５４が配置される。具体的には、気体導入孔５２及び補助気体導入孔５５は、フィルタ保持部５１及び補助フィルタ保持部５４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、フィルタ５３は、フィルタ保持部５１を周方向に取り囲むように配置されている。
【００４１】
フィルタ５３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で１軸以上の方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ空気及び／又は水蒸気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成されている。これにより、補助気体導入孔５５からフィルタ５３を経て気体導入孔５２より、基準ガスとしての大気（外気）が主筒１４（ケーシング１０）内に導入されるとともに、水滴等の液体状態の水は主筒１４内に侵入することが阻止されるようになっている。
【００４２】
また、図４に示すように、フィルタ５３は、補助フィルタ保持部５４の内面に密着する一方、フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３との間には、例えば補助気体導入孔５５の列に沿って環状形態をなすように所定量の隙間５８が形成されている。さらに、補助フィルタ保持部５４には、周方向に配列する補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両側に、フィルタ５３を介して該補助フィルタ保持部５４をフィルタ保持部５１に対して結合する環状のフィルタ加締め部５６，５７が形成されている。
【００４３】
他方、フィルタ保持部５１は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部６０により、該段付き部６０に関して軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるように構成されており、気体導入孔５２はその第二部分６２の壁部に形成されている。さらに、補助フィルタ保持部５４はフィルタ保持部５１の第一部分６１の外径よりも小さい内径を有する。
【００４４】
図３に戻り、フィルタ保持部５１は、セラミックセパレータ１８の突出部分を第二部分６２の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部６０においてセパレータ側支持部７３に対し、主筒１４とは反対側から金属弾性部材７４を介して当接するように配置される。他方、該フィルタ保持部５１の先端側、すなわち第一部分６１において主筒１４に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部においてフィルタ保持部を主筒１４に向けて加締めることにより、それらの周方向に円環状のアセンブリ連結加締め部７６（以下、単に加締め部７６ともいう）が形成される。この加締め部７６により、フィルタ保持部５１は主筒１４に対し、内周面が主筒１４の外周面に対して気密状態となるように圧接されてこれに連結される。なお、図１において、加締め部７６の幅ｗ1は、具体的には３ｍｍ程度とすることができる。
【００４５】
ここで、主筒１４（内筒部材）とフィルタ保持部５１（外筒部材）とは、いずれもステンレス鋼（図１ではＳＵＳ３０４Ｌ）にて構成され、前者のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ２５０〜４３０、後者のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ１６０〜３３０、両者の硬度差Ｈ1−Ｈ2が３０以上とされている。さらに、主筒１４の肉厚は０．６〜１．０ｍｍ（図１では例えば０．８ｍｍ）とされ、フィルタ保持部５１の肉厚は０．２〜０．４ｍｍ（図１では例えば０．３ｍｍ）とされている。なお、主筒１４とフィルタ保持部５１は、鍛造あるいは深絞り等の冷間加工により製造され、組立工程に先立ってこれを軟化焼鈍することにより、その硬度調整がなされる。
【００４６】
以下、フィルタアセンブリ１６の主筒１４に対する組付けは例えば次のようにして行われる。すなわち、図５（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８に金属弾性部材７４を外挿し、さらにそのセラミックセパレータ１８の前端側を主筒１４に挿入する。一方、フィルタアセンブリ１６は図４に示すように予め組み立てておき、これを図５（ａ）に示すように、そのフィルタ保持部５１においてセラミックセパレータ１８及び主筒１４の外側から被せる。なお、酸素検出素子２及び発熱体３等（図１）は主筒１４内に予め組みつけておき、それらからのリード線（４本あるうち２０，２１のみを図示）はセラミックセパレータ１８のセパレータ側リード線挿通孔７２（図３）に通し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部から外側に延出した状態にしておく。
【００４７】
続いて、図５（ｂ）に示すように、主筒１４とフィルタアセンブリ１６とに軸方向の圧縮力を付加する。これにより、金属弾性部材７４はフィルタ保持部５１とセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３との間で圧縮変形し、セラミックセパレータ１８を主筒１４とフィルタ保持部５１との間で挟み付けるための付勢力を発生する。そして、この状態を維持しつつ、図５（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１と主筒１４とに加締め部７６を形成し、両者を結合する。次いで、図５（ｄ）に示すように、フィルタ保持部５１の後端側開口部に弾性シール部材１７を嵌め入れ、さらに防護カバー６４を被せるとともに、同図（ｅ）に示すように加締め部６６及び６７を形成して組立てが終了する。
【００４８】
また、加締め部７６は、例えば図６に概念的に示すような加締め装置７９を用いて形成することができる。図６（ａ）に示すように、該加締め装置７９は、それぞれフィルタ保持部５１を周方向外側から圧縮する複数の加締めパンチ８１を含み、これらの先端面は互いに連なって円筒面をなす。そして、図６（ｂ）に示すように、これら加締めパンチ８１はフィルタ保持部５１の外周面に対し、その半径方向に互いに一体的に接近・離間するようになっている。
【００４９】
図７は、加締め装置７９のより具体的な構成の一例を示す平面図である。すなわち、該加締め装置７９は、リング状のパンチホルダ８６と、そのパンチホルダ８６の周方向に沿って配置されるとともに、それぞれ該パンチホルダ８６を半径方向に進退可能に貫通する複数のパンチセグメント８５とを有するパンチアセンブリ８９を備える。また、各パンチセグメント８５の後端部にはばね支持部８７が形成され、これとパンチホルダ８６の外周面との間には、該パンチセグメント８５を外向きに付勢するばね部材８８が配置される。一方、図８（ａ）に示すように、このパンチアセンブリ８９に対応して、内周面９１が底面側で縮径するテーパ面とされた受けユニット９０が設けられ、その底面中央にはワーク挿通孔９４を有する位置決め突出部９３が形成されている。
【００５０】
そして、主筒１４にフィルタアセンブリ１６を被せた状態のワークＷを位置決め突出部９３に対し、プロテクタ１００をワーク挿通孔９４に挿入する形でセットする。このとき、主体金具９が位置決め突出部９３上面で支持され、ワークＷは受けユニット９０の底面中央に対し直立状態で保持される。そして、パンチアセンブリ８９は、受けユニット９０の内側に同軸的にセットされ、各パンチセグメント８５がワークＷを取り囲んだ状態となる。また、パンチセグメント８５の外側端面９２には、受けユニット９０の内周面９１に対応するテーパが付与されている。
【００５１】
この状態で、フィルタアセンブリ１６を主筒１４に向けて図示しない加圧機構により押し込み（図５（ｂ））、さらにパンチアセンブリ８９を受けユニット９０の底面に向けて押し込むと、図８（ｂ）に示すように、テーパ状に形成された外側端面９２と内周面９１との間のカム作用により、各パンチセグメント８５は対応するばね８８の圧縮を伴いながら一斉にワークＷに向けて接近し、加締め部７６を形成する。
【００５２】
上記補助フィルタ保持部５１の外側には、筒状の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。この防護カバー６４は、フィルタ５３への直接的な液滴の噴射あるいは油や汚れ等の付着物の付着を阻止ないし抑制する働きをなす。該防護カバー６４は、例えば気体導入孔５２（あるいは補助気体導入孔５５）に対応する位置においてフィルタ５３との間に気体滞留空間６５を生じるように配置され、軸方向において気体導入孔５２を挟んだ両側部分が、フィルタ保持部５１の外面に対しカバー接合部としての加締め部６６，６７により接合されている。そして、その軸方向前方側の加締め部６６に対応する位置において、フィルタ保持部５１との間には、気体滞留空間６５を外部と連通させてこれに外気を導入する外部連通部６８が形成されている。
【００５３】
具体的には、図４に示すように、フィルタ保持部５１の第一部分６１の外周面に、該フィルタ保持部の軸方向に延びる溝部６９が周方向に沿って所定の間隔で複数形成され、これら溝部６９が外部連通部を構成している。そして、図９及び図１０に示すように、防護カバー６４をフィルタ保持部５１の第一部分６１に向けて加締めることにより、各溝部６９をその配列方向に横切るように、かつ溝部６９の底部において防護カバー６４と第一部分６１との間に隙間７０が残留するように上記加締め部６６が環状形態で形成されている。この構造においては、図１０に示すように、防護カバー６４とフィルタ保持部５１の第一部分６１との間において、各溝部６９に形成される隙間７０の前方側開口部７１から、該隙間７０を通って気体滞留空間６５へ外気が導かれることとなる。一方、加締め部６７は第二部分６２の末端部外周面に形成されている。なお、加締め部６６は、セラミックセパレータ１８の、セパレータ側支持部７３の外周面に対応する位置に形成されている。これにより、加締め部形成の際の圧縮力をセパレータ側支持部７３で受けることができるので、該加締め部６６の形成を確実に行うことができる。
【００５４】
以下、酸素センサ１の作用について説明する。
上記図１の酸素センサ１においては、前述の通りフィルタアセンブリ１６のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面にはプロテクタ１００のガス透過口１０３〜１０６を介して導入された排気ガスが接触し、該酸素検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として電極層２ｂ，２ｃからリード線２１，２０を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【００５５】
ここで、主筒１４の硬度Ｈ1とフィルタ保持部５１の硬度Ｈ2とを前記値に設定することにより、前述の工程で形成される加締め部７６の気密性（シール性）及びその高温耐久性が向上する。その結果、例えば熱衝撃等が繰返し加わった場合でも加締め部７６の緩み等が生じにくくなり、水しぶき等がかかった場合でもその主筒１４内への漏れ込みが効果的に阻止される。フィルタ保持部５１のビッカース硬度を１６０以上に高めることにより、得られる加締め部７６の硬度が高められる結果、熱サイクル等が付加された際の加締め部７６に生ずる熱応力変形が抑制され、加締めの緩み等が生じにくくなって気密性が向上することが、その要因として推測される。
【００５６】
この場合、主筒１４のビッカース硬度を３００以上とさらに高い値に設定し、加えてフィルタ保持部５１との硬度差が５０以上となるようにすることで、上記のように硬度の高いフィルタ保持部５１を主筒１４に向けて加締めた場合に、主筒１４はその加締め力を十分に受けとめることができるようになり、さらに密着力の高い加締め部形成が可能となる。
【００５７】
他方、上記酸素センサ１の構成においては、フィルタアセンブリ１６の組立てが、酸素検出素子２などのケーシング１０内への組付けとは独立に行われるので、リード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。また、ケーシング１０内への部品の組付けと、フィルタアセンブリ１６の組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。さらに、フィルタ５３の組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリ１６の段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響が及ばず、部品の無駄等が生じにくい。
【００５８】
なお、図１１により示す主体金具９の各部の寸法は、例えば以下のように設定できる。Ｋ1：２７．６ｍｍ、Ｋ2：１４．８ｍｍ、Ｋ3：１２．８ｍｍ、Ｋ4：９ｍｍ、Ｋ5：３．８ｍｍ、Ｋ6：２ｍｍ、Ｋ7：１ｍｍ、Ｋ8：１１．９ｍｍ、Ｋ9：８．６ｍｍ、Ｋ10：９ｍｍ、Ｋ11：２１．１ｍｍ、Ｋ12：６．５ｍｍ、Ｋ13：φ２２ｍｍ、Ｋ14：φ１６．８８ｍｍ、Ｋ15：φ９．４８ｍｍ、Ｋ16：φ７．５ｍｍ、Ｋ17：φ１６．５ｍｍ、Ｋ18：φ１１．６ｍｍ、Ｋ19：φ１６ｍｍ。
【００５９】
他方、図１において、センサ１の全長Ｌ1は約７５ｍｍであり、主体金具９のガスケットＧの受け面９ｄから、プロテクタ１００の先端面までの長さＬ2は約２９ｍｍである。また、主筒１４の内径は１４．２ｍｍ程度である。
【００６０】
なお、図１２に示すように、アセンブリ連結加締め部７５は、上記加締め部７６を主加締め部７６として、その主加締め部７６よりも酸素検出素子２の先端部に近い側に、角状断面（本実施例では八角形状断面）の補助加締め部７７を回転阻止部として形成した２重加締め部として構成することもできる。これにより、次の効果が達成される。すなわち、主加締め部７６においては、主筒１４とフィルタ保持部５１との間の接触面が円筒状面となるので気密性に優れ、それらの間から主筒１４内に水等が漏れ込むことを確実に阻止する役割を果たす。しかしながら、図１４（ｂ）に模式的に示すように、主筒１４とフィルタ保持部５１に外部からの衝撃等により強い捩じり力が作用した場合に、円筒状の接触面では両者の間に相対回転による滑りが発生して気密性が損なわれる可能性もありうる。
【００６１】
そこで上述のような補助加締め部７７を形成すれば、その接触面が図１４（ａ）に示すように角筒状に形成されていることから、上述のような捩じり力が作用しても主筒１４とフィルタ保持部５１との間の相対的な回転が生じにくい。その結果、主加締め部７６においてもそのような相対回転が生じることが効果的に阻止され、主筒１４とフィルタ保持部５１との間の気密性を一層確実とすることができる。なお、主加締め部７６と補助加締め部７７とは、軸線方向における位置関係を入れ換えて形成してもよいが、酸素センサ１の先端側は高温にさらされることが多いので、気密性確保が優先される主加締め部７６がそのような熱源から遠くなる上記配置関係がより望ましいといえる。
【００６２】
また、この場合のアセンブリ連結加締め部７５は、例えば図１３に概念的に示すような加締め装置７９を用いて形成することができる。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、該加締め装置７９は、それぞれフィルタ保持部５１を周方向外側から圧縮する複数の加締めパンチ８１ないし８３を含むとともに、同図（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１の軸線方向において所定距離だけ隔たった位置関係で配置される第一及び第二の加締めパンチユニット８０及び８２を備えている。ここで、第一の加締めパンチユニット８０は主加締め部７６を形成するためのものであり、各加締めパンチ８１の先端面は互いに連なって円筒面をなす。一方、第二の加締めパンチユニット８２は補助加締め部７７を形成するためのものであり、各加締めパンチ８３の先端面は互いに連なって八角筒状面をなす。そして、図１３（ｃ）に示すように、これら加締めパンチ８１，８３は、それぞれ対応するもの同士が連結部８４によって連結されてパンチセグメント８５を形成し、フィルタ保持部５１の外周面に対し、その半径方向に互いに一体的に接近・離間するようになっている。
【００６３】
そして、フィルタ保持部５１の周囲に配置されたこれらパンチセグメント８５を一斉にフィルタ保持部５１に向けて接近させることにより、フィルタ保持部５１には主加締め部７６と補助加締め部７７とが一括して形成されることとなる。この方式によれば、主加締め部７６と補助加締め部７７とが１回の加締め工程により同時形成されるので能率的であるばかりでなく、次のような効果も合わせて達成される。すなわち、加締めパンチによる圧縮により、フィルタ保持部５１が主筒１４に向けて局所的に食込みつつ圧接されて加締め部が形成されるのであるが、その圧接部の周囲においてフィルタ保持部５１には、食込変形に伴うしわ寄せ部あるいは浮き上がり部が形成されやすい。ここで、主加締め部７６と補助加締め部７７とを順次的に形成した場合、後で形成する加締め部によるしわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響が先に形成した加締め部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように加締め部７６，７７を同時に形成するようにすれば、しわ寄せ部あるいは浮き上がり部の影響をそれら加締め部７６及び７７の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれの加締め部７６，７７においても十分な密着性すなわち気密性を確保することができるようになる。
【００６４】
なお、上記補助加締め部７７以外にも、例えば図１５に示すように、フィルタ保持部５１から主筒１４側に向けて食い込む食込部７８を周方向に沿って所定の間隔で形成したものも回転阻止部として機能しうる。
【００６５】
また、以上説明した本発明のセンサの構造は、酸素センサ以外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯ_Ｘセンサなどにも同様に適用できる。
【００６６】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
まず、図１６（ａ）に示すように、図１のセンサ１の主筒１４及びフィルタ保持部５１に使用されたものと同寸法及び同材質のステンレス鋼冷間加工管材（ＳＵＳ３０４Ｌ）を、内筒部材１４’及び外筒部材５１’として、実験に必要な数量だけ用意した（ただし、外筒部材５１’には、図３等における気体流通孔５２に相当するものは形成していない）。ここで、内筒部材１４’と外筒部材５１‘（後にフィルタ保持部５１となる）について、後述する加締め部７６’の形成予定位置にて測定したビッカース硬度は、前者（Ｈ1）、後者（Ｈ2）共に平均値にてＨｖ４００（範囲：Ｈｖ３７５〜４２５）である。
【００６７】
次に、両部材を窒素雰囲気中で５５０〜８００℃の各種温度にて軟化焼鈍処理を施し（焼鈍時間６０分）、Ｈ1をＨｖ１３０〜４１０、同じくＨ2をＨｖ１３０〜４００の各種値にて調整した。なお、図１８は、内筒部材１４’について得られた、処理温度と処理後の硬度Ｈ1との関係を示すものである。すなわち、焼鈍処理後の部材の硬度は焼鈍温度に対して必ずしも直線的に変化せず、温度の上昇に対して６２０℃前後のある温度までは硬度の変化は比較的小さいが（第一温度域）、その温度に到達すると、７００℃程度までの比較的狭い特定の温度域にて硬度が急激に減少し（第二温度域）、それよりも高温側では再び温度上昇に対する硬度変化が鈍くなる（第三温度域）という挙動をとっていることがわかる。
【００６８】
次いで、上記のようにして得られた各種硬度の内筒部材１４’と外筒部材５１’とを組み合わせ、図１６（ａ）に示すように、それぞれ内筒部材１４’を外筒部材５１’内に軸方向に挿入することにより、図１と同じ配置形態で重なり部を形成した。なお、この重なり部の軸線方向の長さＬ10は８ｍｍ以上であり、該重なり部における内筒部材１４’の内径Ｄ1は１２．２ｍｍ、同じく厚さｔ1は０．８ｍｍである。また、外筒部材５１’の厚さｔ2は０．３ｍｍである。そして、図１６（ｂ）に示すように、その重なり部に対し、図１のセンサと同様の加締め部７６’を、図７及び図８に示したものと同様の加締め装置により形成し、試験組立体Ｑを作製した。なお、加締めの圧力は１１ｔｏｎ以上であり、加締め部７６’の幅ｗ1は約３ｍｍとした。
【００６９】
そして、図１７に示すように、その試験組立体Ｑの軸線方向両側の開口部をゴム製の栓体Ｊ1及びＪ2で塞ぐとともに、その内筒部材１４’側の栓体Ｊ1に空気供給管を差し込み、さらに試験組立体Ｑ全体を水槽内にて水没させた。そして、その状態で、上記空気供給管を介して試験組立体Ｑの内側空間にゲージ圧１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２にて圧縮空気を送り込み、内筒部材１４’と外筒部材５１’との隙間からの空気漏れがあるか否かを目視にて観察するとともに、空気供給管の中間に設けた体積流量計によりその漏れ流量β（ｃｃ／分）を測定し、加締め部７６’及び補助加締め部７７’の気密性評価を行った。なお、評価は、漏れ流量βが
０．１ｃｃ／分以下（Ａ）、
０．５ｃｃ／分以下（Ｂ）、
１０ｃｃ／分以下（Ｄ）、
１００ｃｃ／分以下（Ｅ）、
１００ｃｃ／分を超える（Ｆ）
の５段階で行い、Ａ及びＢを合格とした。図１９は、縦軸に内筒部材の硬度Ｈ1を、横軸に外筒部材の硬度Ｈ2を取り、各硬度の組み合わせ毎の評価結果を示すものである。すなわち、内筒部材の硬度Ｈ1がＨｖ１７０以上、外筒部材の硬度Ｈ2がＨｖ１３０以上、及び両者の硬度差Ｈ1−Ｈ2が５０以上の比較的広い範囲で、良好な気密性が得られていることがわかる。
【００７０】
次に、熱衝撃耐久試験として、各試験組立体Ｑを大気中にて５００℃に６０分加熱した後、水中に投じて急冷するサイクルを２０回繰り返し、同様の気密性評価試験を行った。なお、評価は、
０．１ｃｃ／分以下（Ａ）、
０．５ｃｃ／分以下（Ｂ）、
１．０ｃｃ／分以下（Ｃ）
１０ｃｃ／分以下（Ｄ）、
１００ｃｃ／分以下（Ｅ）、
１００ｃｃ／分を超える（Ｆ）
の６段階で行い、Ａ〜Ｃを合格とした。図２０は、縦軸に内筒部材の硬度Ｈ1を、横軸に外筒部材の硬度Ｈ2を取り、各硬度の組み合わせ毎の評価結果を示すものである。すなわち、内筒部材の硬度Ｈ1をＨｖ２５０〜４３０、外筒部材の硬度Ｈ2をＨｖ１６０〜３３０、両者の硬度差Ｈ1−Ｈ2を３０以上とした本発明の範囲においては、熱衝撃を加えた後も加締め部が良好な気密性を維持していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての酸素センサの縦断面図。
【図２】図１の、酸素検出素子の検出部付近を拡大して示す断面図。
【図３】図１のフィルタアセンブリの部分を拡大して示す断面図。
【図４】フィルタアセンブリの正面部分断面図。
【図５】図１の酸素センサの組立工程説明図。
【図６】加締め装置の概念図。
【図７】その要部を示す平面模式図。
【図８】同じく側面断面模式図。
【図９】フィルタアセンブリと防護カバーとの間の加締め部の平面断面図及びその部分拡大図。
【図１０】同じくその部分拡大縦断面図。
【図１１】主体金具の寸法説明図。
【図１２】補助加締め部を有するアセンブリ連結加締め部の拡大図、そのＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ断面図。
【図１３】加締め装置の概念図。
【図１４】アセンブリ連結加締め部における加締め部と補助加締め部の作用説明図。
【図１５】回転阻止部の変形例を示す平面断面図。
【図１６】実施例の実験にて使用した試験組立体の作製工程説明図。
【図１７】加締め部の気密性評価試験方法の説明図。
【図１８】内筒部材の焼鈍処理温度と処理後のビッカース硬度測定値との関係を示すグラフ。
【図１９】各内筒部材と外筒部材との硬度の組み合わせにおける気密性評価試験を示すグラフ（加熱急冷サイクル付加前）。
【図２０】各内筒部材と外筒部材との硬度の組み合わせにおける気密性評価試験を示すグラフ（加熱急冷サイクル付加後）。
【符号の説明】
１酸素センサ（ガスセンサ）
２酸素検出素子
９主体金具
１０ケーシング
１４主筒（内筒部材）
５１フィルタ保持部（外筒部材）
７６アセンブリ連結加締め部（加締め部）

Claims

先端部に検出部が形成された棒状ないし筒状形態をなし、測定対象となるガス（以下、被測定ガスという）中の被検出成分を検出する検出素子と、
前記検出部への被測定ガスの流通を許容した状態で、前記検出素子の外側を覆う筒状のケーシングとを備え、
そのケーシングは、軸線方向に隣接配置される２つの筒状部を少なくとも含んで構成され、それら２つの筒状部は、対応する端部において一方のもの（以下、内筒部材という）が他方のもの（以下、外筒部材という）の内側に位置する形で重なり部を生ずるように配置されており、
前記内筒部材のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ２５０〜４３０、前記外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ１６０〜３３０、両者の硬度差Ｈ1−Ｈ2が３０以上とされ、前記重なり部においてそれら内筒部材と外筒部材とが、周方向に形成された加締め部により気密状態で接合されていることを特徴とするガスセンサ。
前記内筒部材のビッカース硬度Ｈ1がＨｖ３００以上とされ、前記硬度差Ｈ1−Ｈ2が５０以上とされる請求項１記載のガスセンサ。
前記内筒部材の肉厚が０．６〜１．０ｍｍであり、前記外筒部材の肉厚が０．２〜０．６ｍｍである請求項１又は２に記載のガスセンサ。
前記外筒部材のビッカース硬度Ｈ2がＨｖ１７５〜２７５の範囲で調整されている請求項１ないし３のいずれかに記載のガスセンサ。
前記内筒部材と外筒部材とは、いずれもステンレス鋼で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセンサ。