JP3869534B2 - 酸素センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ、あるいは所定のガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車エンジン等の内燃機関において、その空燃比制御等に使用するための各種酸素センサが開発されている。近年では特に、排気ガスによる大気汚染など環境保護上の問題に対応するために、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサについても、とりわけ高性能で長寿命のものに対する需要が高まっている。
【０００３】
例えば、このような酸素センサとして代表的なものには、ＺｒＯ₂等の酸素イオン電導性固体電解質により先端部が閉じた中空軸状に形成された酸素検知素子を筒状のケーシング内に収容し、該酸素検知素子の先端外面を被検出雰囲気と接触させるとともに、その内側空間に基準ガスとしての大気を導入して、該検知素子に生ずる酸素濃淡電池起電力により被検出雰囲気中の酸素濃度を測定するようにした構造のものが広く使用されている。
【０００４】
ところで、上述のような酸素センサは自動車に搭載される場合、エンジンルーム以外にも、例えば車両の足周り部分に近い排気管等に取り付けられることも多い。このような状況においては酸素センサは、雨中走行時や洗車時等に水滴の噴射を受けたり、油分等の汚れの付着、さらには跳ね上がった小石等から受ける衝撃など、かなり厳しい環境にさらされることとなる。この場合、酸素検知素子を水滴や汚れの付着から保護するために、これを収容するケーシングの構造としては、なるべく高強度で密閉性の高いものを使用しなければならない。しかしながら、ケーシング内へは検知素子の基準ガスとして大気を導入する必要があることから、外部との連通部も必ず設けなければならない。すなわち、上記酸素センサを厳しい環境下で長期に亙って安定的に作動させるには、水等に対する液密性を一定レベル以上に高めつつ、しかも気通性は確保するという相反した課題を同時に解決する必要がある。
【０００５】
そこで、このような要求に応じるため、例えば特開平８−２０１３３８号公報には、ケーシングに気通孔を設け、さらにこれを撥水性フィルタで覆うことにより、水滴等の侵入は阻止しつつ大気の流通は確保できるようにした構造の酸素センサが開示されている。また、該公報においてはさらに、それぞれ通気孔を有する内外の筒状体でフィルタを挟み付け、各筒状体に通気を確保するための通気孔を周方向に複数形成するとともに、内外の筒状体とフィルタとの間にそれぞれ環状の空間部を形成する構造が開示されている。該構造においては、フィルタの表面を空気の流通路として有効利用することができ、燃料リッチな雰囲気においても検出特性が低下しない十分な量の空気を確実にケーシング内に導くことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された酸素センサにおいては、フィルタを固定する外側の筒状体とフィルタとの間にも隙間が形成されているので、通気孔から油や水滴あるいはゴミ等が侵入して筒状体とフィルタとの間に溜まりやすい問題がある。この場合、溜まった油や水等によりフィルタの通気性が阻害されたり、あるいは高温作動時において、湿った油が揮発し、フィルタを通ってこれがセンサ内部に侵入して、センサの出力低下を起こしやすい欠点がある。
【０００７】
本発明の課題は、フィルタとその支持体との間に水や油、ゴミ等が溜まりにくく、ひいては常に良好な通気性が確保できて高温での出力低下等も起こりにくい酸素センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明の酸素センサは、
軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、前記ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、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前記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、該フィルタを前記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、前記補助気体導入孔から前記フィルタを経て前記気体導入孔より外気を前記ケーシング内に導入させる気体導入構造部とを備え、前記フィルタは、補助フィルタ保持部の内面に対し少なくとも前記補助気体導入孔の周囲においてこれに密着する一方、前記フィルタ保持部の外面と前記フィルタとの間には、少なくとも前記気体導入孔の周囲において所定量の隙間が形成されてなり、
前記補助フィルタ保持部は前記フィルタよりも薄肉に形成されるとともに、前記補助フィルタ保持部の前記フィルタかしめ部の間に位置する部分が、前記フィルタとともに外向きに橈んで凸状に膨出する形態をなし、それによって環状の凸状部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、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５８−１４５７３５、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。
【００１０】
このように構成された酸素センサにおいては、フィルタを透過してくる外気は、内側に環状の隙間が形成されていることで流通抵抗が和らげられ、気体導入孔を通ってスムーズにケーシング内に導入できる。一方、フィルタの外面は補助フィルタ保持部の内面と密着しているので、補助気体導入孔からフィルタと補助フィルタ保持部との間にゴミや油分あるいは水滴等のたまりが生じにくくなり、ひいてはフィルタの外面側の撥油性あるいは撥水性の低下が阻止ないし抑制されて、常時良好な通気性が確保される。また、油分のたまりが生じにくくなることで、高温で揮発した油分の蒸気がフィルタを通ってセンサ内部に侵入することが抑制される。これにより、例えば基準ガス温度が高くなった場合でも、センサ出力の低下が起こりにくくなる。
【００１１】
補助フィルタ保持部には、補助気体導入孔を挟んでその軸方向両側に、フィルタを介して該補助フィルタ保持部をフィルタ保持部に対して結合するフィルタかしめ部を形成することができる。補助フィルタ保持部のそれらフィルタかしめ部の間に位置する部分は、フィルタとともに外向きに橈んで凸状形態をなし、その凸状部の頂部に補助気体導入孔を形成することができる。そして、その凸状部の頂部を、少なくとも該補助気体導入孔の周囲において平坦化し、その平坦化された部分において補助フィルタ保持部の内面をフィルタに対して密着させることができる。すなわち、補助気体導入孔を挟んでその両側にフィルタかしめ部を形成すると、補助フィルタ保持部はかしめ部の間の部分が上述のように外向きに橈んで凸状部となるが、その凸状部の頂部を平坦化することで、補助フィルタ保持部をフィルタとの間の密着構造を簡単に実現できる。なお、補助フィルタ保持部に上記平坦化部分を形成する方法としては、平坦化部材を用いて凸状部の膨出をその頂部において規制しつつフィルタかしめ部を形成する方法を例示できる。
【００１２】
この場合、かしめ部に挟まれた部分において、補助フィルタ保持部とフィルタとはフィルタ保持部の対応する部分よりも大きく外側に橈み、該フィルタ保持部とフィルタとの間には、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との橈み量の差に基づいて上記隙間を形成することができる。すなわち、補助フィルタ保持部にはかしめに伴い比較的大きく圧縮変形し、凸部における橈み量も大きくなるが、内側のフィルタ保持部はそれほど圧縮されないため橈み量も小さい。一方、フィルタは柔軟であるので、補助フィルタ保持部に追従して外向きに橈むこととなる。その結果、フィルタ保持部とフィルタとの間には、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部との橈み量の差に基づいて隙間を簡単に形成することができる。
【００１３】
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、気体導入構造部側からケーシング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かしめることにより、その周方向に沿って環状のフィルタかしめ部を形成することができる。具体的には、この環状のかしめ部は、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、各かしめ部において、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ケーシング内側へ漏れ込む可能性も小さくなる。この場合、凸状部はそれらかしめ部の間において環状に形成され、また、凸状部の頂部は環状に平坦化され、その平坦化部分に複数の補助気体導入孔が形成されることとなる。
【００１４】
なお、フィルタ保持部には、少なくとも気体導入孔の周囲において内向きに凹む凹状部を形成し、その凹状部においてフィルタとの間に隙間を形成するようにしてもよい。この場合、凹状部は、気体導入孔の周縁部分を凹ませたディンプル状に形成してもよいし、各気体導入孔の配列方向に沿う環状に形成してもよい。
【００１５】
【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に示す酸素センサ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知素子２と、軸状のセラミックヒータである発熱体３とを備え、それらの外殻を構成する各種部材の組立体として構成される。酸素検知素子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、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂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ＺｒＯ₂との固溶体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂が含有されていてもよい。
【００１６】
この酸素検知素子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、酸素検知素子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９ａを有する主体金具９と、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主筒１４とを備える。また、図２に示すように、酸素検知素子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、酸素検知素子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。
【００１７】
次に、主体金具９の一方の開口部には、酸素検知素子２の先端側を所定の空間を隔てて覆うようにプロテクタ１１が設けられ、プロテクタ１１には排気ガスを透過させる複数のガス透過口１２が形成され、これにより排気ガス中の酸素が酸素検知素子２の先端側表面に接触可能となっている。主体金具９の他方の開口部には、前述の主筒１４がインシュレータ６との間にリング１５を介してかしめられ、この主筒１４にさらに、全体として中空筒状に形成されたフィルタアセンブリ１６（気体導入構造部）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及び弾性シール部材１７を貫通するように、酸素検知素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線２８，２９（図２１：図１ではリード線２０，２１の影になって見えない）が配置されている。
【００１８】
酸素検知素子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（絶縁管２５ａで覆われているが、これを省略してもよい）、並びに端子金具２３の内部電極接続部２６を経て、前述の酸素検知素子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、酸素検知素子２の図示しない外側の電極層と電気的に接続されている。また前述の発熱体３に通電するためのプラス側及びマイナス側の一対のヒータ端子部４０が、発熱体３の基端部（図１において上端部）に固定され、これらヒータ端子部４０を経て、発熱体３内に埋設された後述の発熱用抵抗回路に通電されるようになっている。なお、これら一対のヒータ端子部４０に対し、前述の発熱体用のリード線２８，２９がそれぞれ接続される。
【００１９】
次に、フィルタアセンブリ１６の構成について詳しく説明する。なお、繰返しになるが、本明細書においては、酸素検知素子２の軸方向においてその先端部に向かう側（閉じている側）を「前方側」、これと反対方向に向かう側を「後方側」として説明を行う。
【００２０】
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。
【００２１】
また、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。
【００２２】
ここで、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。
【００２３】
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かしめ部５６，５７が形成されている。
【００２４】
ここで、補助フィルタ保持部５４は、その軸方向後端縁がフィルタ５３の後端縁に対応して位置するように配置されており、該後端縁に沿って周方向にフィルタかしめ部５６が形成されている。これにより、補助フィルタ保持部５４の後端面位置において、フィルタ保持部５１との間に形成される環状の隙間の開口部（フィルタ確認部となる）からフィルタ５３を目視できる。例えば、図５に示すように、フィルタ保持部５１に筒状のフィルタ５３を外挿し、そのさらに外側に補助フィルタ保持部５４を嵌め入れる際に、フィルタ５３が補助フィルタ保持部５４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、この状態で万一フィルタかしめ部５６が形成されれば、フィルタかしめ部５６からフィルタ５３が外れてシールが不完全となるのであるが、フィルタ５３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５３のかしめ不良を容易に発見できる。
【００２５】
また、図４（ａ）に示すように、補助フィルタ保持部５４の前端縁側のフィルタかしめ部５７には、フィルタ５３を部分的に露出させるフィルタ確認露出部５７ａ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５４の前端縁側においてもフィルタ５３が正常にかしめられているか否かを容易に判別できる。
【００２６】
次に、補助フィルタ保持部５４のそれらフィルタかしめ部５６，５７の間に位置する部分は、フィルタ５３とともに外向きに橈んで凸状に膨出する形態をなし、それによって環状の凸状部５９が形成されている。また、凸状部５９の先端部は環状に平坦化され、その平坦化部分５９ａに補助気体導入孔５５が形成されるとともに、該平坦化部分５９ａの形成によりフィルタ保持部５１がフィルタ５３に押し付けられ、これに密着している。
【００２７】
このような構造とすることで、フィルタ５３を透過してくる外気は、内側に環状の隙間５８が形成されていることで流通抵抗が和らげられ、気体導入孔５２を通ってスムーズに主筒１４内に導入できる。一方、フィルタ５３の外面は補助フィルタ保持部５４の内面と密着しているので、補助気体導入孔５５からフィルタ５３と補助フィルタ保持部５４との間にゴミや油分あるいは水滴等が侵入しにくくなり、ひいてはフィルタ５３の外面側の撥油性あるいは撥水性の低下が阻止ないし抑制されて、常時良好な通気性が確保される。これにより、例えば基準ガス温度が高くなった場合でも、センサ出力の低下が起こりにくくなる。
【００２８】
上記構造を有するフィルタアセンブリ１６は、例えば以下のような方法により製造することができる。まず、図５（ａ）に示すように、フィルタ保持部５１に対し筒状のフィルタ５３を外挿し、さらにその外側に補助フィルタ保持部５４となるべき筒状体５４’を配置する。ここで、フィルタ保持部５１に形成された段部６０は、フィルタ５３と筒状体５４’の下縁部を支持してこれらが抜け落ちることを阻止する役割を果たす。続いて（ｂ）に示すように、筒状体５４’を、補助気体導入孔５５の列の両側においてそれぞれフィルタ部に向けて周方向にかしめることにより、かしめ部５６，５７を形成する。なお、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、補助フィルタ保持部５４をフィルタ５３よりも前方側へ突出させるとともに、その突出部を径小部５４ｊとして形成し、該径小部５４ｊにおいてかしめ部５４ｋを形成してもよい。これにより、補助フィルタ保持部５４にねじり力が加わったときに、その回り止め効果を更に向上させることができる。
【００２９】
このフィルタかしめ部５６，５７は、図６に示すように、補助フィルタ保持部５４の周方向に沿って配置された複数のかしめパンチ１５１を用いて、該補助フィルタ保持部５４を半径方向に圧縮することにより形成することができる。各かしめパンチ１５１の内周面は互いに連なって補助フィルタ保持部５４の外周面に対応する円筒面を形成するとともに、それぞれ補助フィルタ保持部５４の外周面に対して接近・離間可能とされ、図示しないパンチ駆動部により補助フィルタ保持部５４に対し一斉に接近してこれを圧縮するようになっている。そして、各かしめパンチ１５１の軸方向両端縁には凸条部１５２，１５３が形成され、補助フィルタ保持部５４の外周面に押し付けられてそれぞれ弧状の凹部を形成し、これが周方向に連なることでフィルタかしめ部５６，５７となる。
【００３０】
ここで、かしめパンチ１５１の凸条部１５２，１５３に挟まれた部分は平坦な底部１５４ａ（平坦化部材）を有する凹所１５４とされ、その凹所１５４の深さｈはフィルタ５３と補助フィルタ保持部５４との合計厚さよりも小さく設定されている。このようなかしめパンチ１５１で補助フィルタ保持部５４を圧縮すると、凸条部１５２，１５３が食い込むことでフィルタかしめ部５６，５７が形成される一方、両かしめ部５６，５７に挟まれた部分は外向きに橈んで凸部５９となる。しかしながら、圧縮がある程度進行すると、その凸部５９は凹所１５４の底部１５４ａに当たって止められ、さらに圧縮を継続すると凸部５９は凹所１５４により成形されて、該凹所１５４の平坦な底部に対応して平坦化部分５９ａが形成される。
【００３１】
このとき、補助フィルタ保持部５４はかしめに伴い比較的大きく圧縮変形し、凸部５９における橈み量も大きくなるが、内側のフィルタ保持部５１はそれほど圧縮されないため橈み量も小さい。一方、フィルタ５３は柔軟であるので、補助フィルタ保持部５４に追従して外向きに橈むこととなる。その結果、フィルタ保持部５１とフィルタ５３との間には、フィルタ保持部５１と補助フィルタ保持部５４との両者の橈み量の差に基づいて環状の隙間５８が形成されることとなる。
【００３２】
なお、図４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１には、少なくとも気体導入孔５２の周囲において内向きに凹む凹状部６３を形成し、その凹状部６３においてフィルタ５３との間に隙間５８を形成するようにしてもよい。この場合、凹状部６３は、図４（ｄ）に示すように、気体導入孔５２の周縁部分を凹ませたディンプル状に形成してもよいし、同図（ｅ）に示すように各気体導入孔５２の配列方向に沿う環状に形成してもよい。
【００３３】
図３に戻り、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０及び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（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。なお、セラミックセパレータ１８の細部については後述する。
【００３４】
上記補助フィルタ保持部５４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６３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かしめ部６６，６７により接合されている。そして、その軸方向前方側のかしめ部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。
【００３５】
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５１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６８を構成している。そして、図７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（図３等）に向けてかしめることにより、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、上記かしめ部６６が環状形態で形成されている。なお、かしめ部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、かし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、該かしめ部６６の形成を確実に行うことができる。
【００３６】
上記構造においては、図８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、かしめ部６７（別のかしめ部）は第二部分６２の末端部外周面に形成されている（図３等）。なお、図９に示すように、防護カバー６４の軸方向前方側の端縁部６４ａを、溝部６９の端よりも所定長だけスカート状に延伸してもよい。これにより、酸素センサ１に水しぶき等がかかった場合に、防護カバー６４の内側から気体滞留空間６５内へ水滴等が浸入する確率をさらに小さくすることができる。
【００３７】
ここで、図４５に示すように、補助フィルタ保持部５４の前端側を軸方向に延伸して、フィルタ保持部５１の第一部分６１と第二部分６２とにまたがるように配置してもよい。この場合、第一部分６１に対応する位置において、補助フィルタ保持部５４を該第一部分６１に向けて直接的にかしめることにより、該第一部分６１の周方向に沿って環状の補助かしめ部６６を形成するようにしてもよい。こうすれば、補助フィルタ保持部５１のフィルタ保持部５４に対する固定を一層確実に行うことができる。なお、防護カバー６４の前端側縁部は、補助フィルタ保持部５４の対応する縁部に重なる位置まで延伸することができ、カバー接合部としてのかしめ部６６を上記補助かしめ部に兼用することができる。この場合、外部連通部６８すなわち溝部６９は、補助フィルタ保持部５４に形成することができる。
【００３８】
図３に戻り、フィルタアセンブリ１６のフィルタ保持部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。該金属弾性部材７４はばね座金、例えば図１０に示すような波型座金として構成されており、図３に示すように、セパレータ側支持部７３に外挿されるとともに、ケーシング側支持部としての主筒１４の端面とセラミックセパレータ１８との間に圧縮状態で配置される。これにより、金属弾性部材７４は、フィルタアセンブリ１６（カバー部材）と主筒１４との間で、セラミックセパレータ１８に対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする。また、酸素センサ１の組立時等において自身の弾性変形によりセラミックセパレータ１８のセパレータ側支持部７３に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータ１８の割れや欠けを防止する役割も果たす。また、金属弾性部材７４は、その構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、セラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【００３９】
そして、フィルタ保持部５１は、その先端側、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に向けてかしめることにより、それらの周方向に結合部として環状のアセンブリ連結かしめ部７５が形成されている。このアセンブリ連結かしめ部７５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。
【００４０】
図１１に示すように、アセンブリ連結かしめ部７５は、フィルタ保持部５１を主筒１４に向けてかしめることにより、周方向に円環状に形成された主かしめ部７６と、その主かしめ部７６よりも酸素検知素子２の先端部に近い側に形成された角状断面（本実施例では八角形状断面）の補助かしめ部（回転阻止部）７７とから構成されている。
【００４１】
主かしめ部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１２（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。そこで上述のような補助かしめ部７７を形成すれば、その接触面が図１２（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、主かしめ部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、主かしめ部７６と補助かしめ部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かしめ部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。
【００４２】
なお、上記補助かしめ部７７以外にも、例えば図１３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。一方、主かしめ部７６において上述のような相対回転が生ずる心配がほとんどない場合には、補助かしめ部７７を省略することも可能である。また、フィルタ保持部５１と主筒１４との間に結合部として、周方向に沿って円環状の溶接部を例えばレーザー溶接等により形成して接合を行う構成でもよい。
【００４３】
以下、フィルタアセンブリ１６の主筒１４に対する組付け方法について説明する。すなわち、図１４（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５に示すように予め組み立てておき、これを図１４（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、酸素検知素子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２０，２１，２８，２９（図２１）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。
【００４４】
続いて、図１４（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１４（ｃ）に示すように、フィルタ保持部５１と主筒１４とにアセンブリ連結かしめ部７５を形成し、両者を結合する。次いで、図１４（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、（ｅ）に示すようにかしめ部６６及び６７を形成して組立てが終了する。
【００４５】
上記方法によれば、フィルタアセンブリ１６の組立てが、酸素検知素子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。
【００４６】
以下、アセンブリ連結かしめ部７５の形成方法の詳細について説明する。すなわち、該方法においては、図１５に概念的に示すようなかしめ装置７９を用いる。図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、該かしめ装置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かしめパンチ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かしめパンチユニット８０及び８２を備えている。ここで、第一のかしめパンチユニット８０は主かしめ部７６を形成するためのものであり、各かしめパンチ８１の先端面は互いに連なって円筒状面をなす。一方、第二のかしめパンチユニット８２は補助かしめ部７７を形成するためのものであり、各かしめパンチ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１５（ｃ）に示すように、これらかしめパンチ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。
【００４７】
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には主かしめ部７６と補助かしめ部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、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とが１回のかし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、かし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かし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、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とを順次的に形成した場合、後で形成するかし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かしめ部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように両かしめ部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かしめ部７６及び７７の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれのかしめ部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。
【００４８】
図１６は、かしめ装置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、該かしめ装置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１７（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１９０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。
【００４９】
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１１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１９０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１９０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１９０の内周面９１に対応するテーパが付与されている。
【００５０】
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１４（ｂ））、さらにパンチアセンブリ８９を受けユニット１９０の底面に向けて押し込むと、図１７（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、主かしめ部７６と補助かしめ部７７とを同時に形成する。
【００５１】
次に、金属弾性部材７４の役割は、次のような構成で代替させることも可能である。すなわち、図４２及び図４３に示すように、セパレータ側支持部７３と当接する主筒１４（ケーシング１０）の後方側開口端面部（ケーシング側支持部）に、主筒１４の本体部分よりも弾性変形が容易な緩衝支持部９０を形成する。そして、図１４と同様の組立て方法を採用する場合、セパレータ側支持部７３は緩衝支持部９０に相対的に押し付けられ、それによって緩衝支持部９０は圧縮変形して前述の金属弾性部材７４と同様の作用・効果を奏することとなる。なお、フィルタアセンブリ１６は、アセンブリ連結かしめ部７５により主筒１４に結合され、上記緩衝支持部９０の弾性変形を維持した状態でセラミックセパレータ１８をケーシング１０に対して固定する。すなわち、セパレータ固定手段の役割を果たすこととなる。
【００５２】
具体的には、図４２に示すように緩衝支持部９０は、主筒１４の本体部分１４ｂと一体化されたばね部９０として構成できる。本実施例において該ばね部９０は、主筒１４の開口端縁部に薄肉部１４ａを形成し、その薄肉部１４ａを断面半径方向において内側に１回曲げ返し、その曲げ返された薄肉部１４ａの先端側をさらに外向きに１回曲げ返すことにより形成されている。
【００５３】
図４３は、そのばね部９０の形成方法の一例を示すものである。すなわち、（ａ）に示すように、金属素材をダイ１５５とパンチ１５６とを用いた多段の深絞り加工により筒状体１４’を成形する。次に（ｂ）に示すように、内パンチ１５８とその外側に同心的に配置された外パンチ１５９とからなる複合パンチ１６０と、大径部１６１ａ、段部１６１ｃ及び小径部１６１ｂが深さ方向にこの順序で形成されたダイ孔１６１を有するダイ１６２とを用い、外パンチ１５９と段部１６１ｃとの間で筒状体１４’の外縁部を挟みつつ、（ｃ）に示すように、内パンチ１５８を外パンチ１５９から突出させることにより、該筒状体１４’の底部中央を打ち抜く。このとき、筒状体１４’の打ち抜かれた開口部の周縁が内パンチ１５８とダイ孔１６１の小径部１６１ｂとの隙間に圧入され、薄肉部１４ａが形成される。
【００５４】
そして（ｄ）に示すように、ダイ１６３のダイ孔１６４内において、筒状体１４’の内側に挿入したパンチ１６５と、これに対向する対向パンチ１６６との間で薄肉部１４ａを潰すように圧縮変形させる。対向パンチ１６６の先端面外縁には、内向きの曲率を有する面取状の曲げ型部１６６ａが形成されており、（ｅ）に示すように、薄肉部１４ａの先端側は該曲げ型部１６６ａに押し付けられることにより外向きに滑るように曲げられてばね部９０となる。
【００５５】
一方、図４４に示すように、緩衝支持部９０は、本体部分１４ｂよりも低硬度の部分となるように構成してもよい。すなわち、緩衝支持部９０の硬度を本体部分１４ｂの硬度よりも低くすることにより、セパレータ側支持部７３が押し付けられた際に、緩衝支持部９０は圧縮変形して前述の金属弾性部材７４と同様の作用・効果を奏することとなる。なお、緩衝支持部９０は弾性限度の範囲内で変形させても、塑性変形させてもいずれでもよい。
【００５６】
緩衝支持部９０は、例えば本体部分１４ｂよりも硬度の低い異材質により構成することができる。この場合、その異材質部分は溶接あるいはろう付け等により本体部分１４ｂに接合することができる。一方、例えば主筒１４がステンレス鋼等で構成される場合には、その開口先端部を通電加熱等により局部的に熱処理してこれを軟化させることにより、本体部分１４ｂと緩衝支持部９０とを同材質により一体形成することも可能である。
【００５７】
また、緩衝支持部９０のビッカース硬度をＨｖs、本体部分１４ｂのビッカース硬度をＨｖhとした場合、Ｈｖhは３２０以上とするのがよい。Ｈｖhが３２０未満になると主筒１４の強度が不足し、酸素センサ１の耐久性を確保できなくなる場合がある。なお、Ｈｖhは望ましくは３６０以上とするのがよい。また、Ｈｖh−Ｈｖsは６０以上となるように緩衝支持部９０の硬度を調整するのがよい。Ｈｖh−Ｈｖsが６０未満になると、緩衝支持部９０の本体部分１４ｂに対する相対的な変形量が不足し、所期の効果が十分に達成できなくなる場合がある。なお、Ｈｖh−Ｈｖsは望ましくは８０以上とするのがよい。
【００５８】
次に、図３に示すように、セラミックセパレータ１８は、酸素検知素子２の軸方向において後方側がフィルタ保持部５１の内側に入り込み、同じく前方側が主筒１４（ケーシング１０）の内側に入り込むように配置され、各リード線２０，２１，２８，２９（図２１）がセパレータ側リード線挿通孔７２において軸方向に挿通される。一方、弾性シール部材１７は、フィルタ保持部５１の後方側開口部５１ａに対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１，２８，２９を挿通するためのシール側リード線挿通孔９１を有するとともに、それらリード線２０，２１，２８，２９の外面とフィルタ保持部５１の内面との間をシールする。
【００５９】
セラミックセパレータ１８の後端面は、軸方向において気体導入孔５２よりも後方側に位置するとともに、弾性シール部材１７の後端面中央に形成された隙間規定突出部９６の頂面と密着しており、その隙間規定突出部９６により、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間には所定量の隙間９８が形成されている。また、フィルタ保持部５１の内周面とセラミックセパレータ１８の外周面との間にも隙間９２が形成されている。そして、気体導入孔５２からの気体は該隙間９２内に供給され、さらにセラミックセパレータ１８に形成された気通用連通部９３を通ってケーシング１０内に導かれる。具体的には、セラミックセパレータ１８には、セパレータ側リード線挿通孔７２とは別に軸方向の気通用貫通孔９５が形成されており、またその後端面には、一端が貫通孔９５に連通し、他端側がセラミックセパレータ１８の外周面に開放する気通用溝部９４が形成されている。すなわち、これら気通用貫通孔９５及び気通用溝部９４が気通用連通部９３を形成している。
【００６０】
図１８及び図１９（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８には、酸素検知素子２及び発熱体３からのリード線（２０、２１、２８、２９）を挿通するための４つのセパレータ側リード線挿通孔７２が、各々その中心が仮想的な円周経路（以下、セパレータ側ピッチ円という）Ｃ1上に位置して配列するように形成されている。また、気通用貫通孔９５は、セラミックセパレータ１８の中央部において、それら４つのセパレータ側リード線挿通孔７２により囲まれる領域に形成されている。さらに、気通用溝部９４は、セラミックセパレータ１８の後端面において、４つのセパレータ側リード線挿通孔７２と干渉しない位置に十字形態で形成されている。なお、図１８（ｅ）に示すように、気通用溝部９４には、その上面側において幅方向両縁に面取り部９４ａが形成されている。
【００６１】
次に、図２２に示すように、弾性シール部材１７においては、前述のシール側リード線挿通孔９１が、各々その中心が仮想的な円周経路（以下、シール側ピッチ円という）Ｃ2上に位置して配列するように形成されており、前述のセパレータ側ピッチ円Ｃ1（直径Ｄ1）とシール側ピッチ円Ｃ2（直径Ｄ2）とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるように設定される。
【００６２】
例えば図３においてはＤ1＞Ｄ2となっており、図２２（ｃ）に示すように、隙間規定突出部９６は、シール側ピッチ円Ｃ2上に配列したシール側リード線挿通孔９１よりも内側に位置する領域に形成されている。
【００６３】
上記構造においては、セラミックセパレータ１８の後端面位置を気体導入孔５２よりも後方側に設定することで、気体導入孔５２を経てフィルタアセンブリ１６内に水滴等が侵入した場合、フランジ状のセパレータ側支持部７３が主筒１４の開口部を塞いでいる関係上、該水滴はセラミックセパレータ１８の後端面側へ一旦回り込まないとケーシング１０内へは流れ込むことができない。従って、酸素検知素子２側への水滴の流入が一層起こりにくくなる効果を達成することができる。この場合、気体導入孔５２から流入した基準ガスもセラミックセパレータ１８の後端面側へ回り込まなければならないが、該ガスは気通用溝部９４及び気通用貫通孔９５を経て支障なくケーシング１０内へ導入できる。
【００６４】
一方、弾性シール部材１７及びセラミックセパレータ１８に対し、互いに異なるピッチ円径でリード線２０，２１，２８，２９が挿通される構造となっているので、各リード線には弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間で必ず曲がりが生ずる。しかしながら、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間には適度な隙間９８が形成されており、この隙間９８において各リード線２０，２１，２８，２９を比較的緩やかに曲げることができる。これにより、センサ１の組立て時等にリード線が強く曲げられて痛んだり、断線したりするトラブルが生じにくくなる。
【００６５】
ここで、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との間でピッチ円径にほとんど差がない場合には上記隙間９８を形成せず、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８とを密着配置する構成もありうる。また、隙間９８を形成する場合でも、隙間形成突出部９６の先端面は弾性シール部材１７に密着した形となる。いずれの場合も、弾性シール部材１７とセラミックセパレータ１８との接触領域は、気通用貫通孔９５の形成領域と重なりを生ずることになる。しかしながら、セラミックセパレータ１８の上面には気通用溝部９４が形成されているので、このような場合でも気通用貫通孔９５の入口部が密閉されず、基準ガスのケーシング１０への流通を確保することができる。
【００６６】
また、図１９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、フランジ状のセパレータ側支持部７３（フランジ部）に、これを軸方向に貫通する気通用貫通部９７を形成してもよい。本実施例では該気通用貫通部９７は、セパレータ側支持部７３の外周面に対し、所定の角度間隔で複数形成された溝部（あるいは切欠き部）とされている。なお、気通用貫通部９７を形成する場合は、（ｂ）に示すように気通用溝部９４を省略することができる。一方、（ｃ）に示すように、気通用溝部９４と気通用貫通部９７との双方を形成するようにしてもよく、この場合は気通用溝部９４及び気通用貫通孔９５と気通用貫通部９７との２つの気通経路が形成されるので、基準ガスのケーシング１０への流通をより確実なものとすることができる。図２０に、該セラミックセパレータ１８を酸素センサ１に組み付けた例を示している。
【００６７】
弾性シール部材１７の隙間形成突出部９６は、図２３（ｃ）及び図２５に示すように、弾性シール部材１７前端面の周縁に沿う連続的あるいは断続的な凸条形態に形成することもできる。なお、図２５においては、セパレータ側ピッチ円Ｃ1の直径Ｄ1がシール側ピッチ円Ｃ2の直径Ｄ2よりも大きくなる場合（すなわちＤ1＞Ｄ2）について示しているが、該構成はＤ1＜Ｄ2の場合にも適用でき、例えばＤ1が小さく、セパレータ側リード線挿通孔７２に囲まれた領域に、隙間形成突出部９６の接触領域を十分確保できない場合に有効である。
【００６８】
また、セラミックセパレータ１８と弾性シール部材１７との間に隙間９８を形成するために、図２３（ｂ）及び図２４に示すように、弾性シール部材１７の後方側端縁部に、その外周面から外向きに張り出すフランジ部９９を形成するようにしてもよい。この場合、弾性シール部材１７の該フランジ部９９においてフィルタ保持部５１の後方側端面と当接することで、フィルタ保持部５１内におけるその前端面の位置が規定される。
【００６９】
さて、上記酸素センサ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、酸素検知素子２の外面にはプロテクタ１１のガス透過口１２を介して導入された排気ガスが接触し、該酸素検知素子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。ここで、酸素検知素子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。
【００７０】
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を芯材とし、図２８に示すように、このセラミック棒４５の表面に例えば蛇行状に形成された抵抗線部（抵抗パターン）４１（図２９）からなる発熱部４２を備える。これはシート状の外層セラミック部４３（図２９）に抵抗ペーストを所定のパターンで印刷し、これをセラミック棒４５に巻き付けるように丸めて焼成したものである。セラミック棒４５は外層セラミック部４３の先端から若干突出しており、また抵抗パターン４１にヒータ端子部４０（図１等）から延びるリード線２８，２９（図２１）を経て、発熱のための通電が行われる。このような発熱部４２は発熱体３の先端側に偏って設けられ、その先端部で局部的に発熱するようになっている。
【００７１】
そして、図２８（ａ）に示すように、発熱体３の発熱部４２の近傍における中心軸線Ｏ1は、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ2に対して片側に寄るように一定量δだけ偏心（オフセット）している。それによって、発熱体３の発熱部４２の先端部表面が酸素検知素子２の中空部内壁面（以下、素子内壁面ともいう）２ａに所定の面圧で押し付けられた状態で接触している。この接触位置は、図１から明らかなように酸素検知素子２の閉塞側先端からやや中間側へ寄ったところ、より好ましくは前述のプロテクタ１１のガス透過口１２にほぼ対応する位置にあたるとよい。
【００７２】
また、図３０（ｂ）に概念的に示すように、酸素検知素子２の中空部に対し、該中空部の中心軸線Ｏ2を含むある仮想的な第一平面Ｐ1と、同じく中空部の中心軸線Ｏ2を含むとともに第一平面Ｐ1と直交する仮想的な第二平面Ｐ2とを設定して、該中空部をそれら第一平面Ｐ1と第二平面Ｐ2とによって４つの領域に分割した場合に、発熱体３は、その中心軸線Ｏ1の上記中空部内に位置する部分の全体が、該中空部の上記４つの領域のいずれかに収まるように配置されている。より具体的には、図２８にも示すように発熱体３は、その中心軸線Ｏ1が中空部の中心軸線Ｏ2とほぼ平行となるように配置されている。これにより、発熱体３は、発熱部４２の側面が検知素子２の中空部内壁面２ａに対しほぼ沿う形となっている。
【００７３】
なお、酸素検知素子２の中空部の中心軸線に対して発熱体３が片側に寄るように偏心させるのに対応し、セラミックセパレータ１８には次のような工夫が施されている。すなわち、図３に示すようにセラミックセパレータ１８にはその前端面に開口し、底面１０２ａが該セラミックセパレータ１８の軸方向中間部に位置するように発熱体端部収容孔１０２が形成されている。該発熱体端部収容孔１０２に発熱体３の後端部を収容することで、酸素センサ１の全体の長さを縮小することができる。具体的には図２１に示すように、発熱体端部収容孔１０２は、各リード線挿通孔７２に対し内側から重なりを生ずるように、セラミックセパレータ１８の中央部を切り欠いた形態で形成されており、その内径が発熱体３の外径よりも大きく設定されている。
【００７４】
発熱体３を上述のように偏心して配置した場合、その後端部はセラミックセパレータ１８の軸線に対して偏心配置される。ここで、該発熱体３の後端部を収容する発熱体端部収容孔１０２は、内径が発熱体３の外径よりも大きく設定されているため、発熱体３の偏心配置に伴う後端部の径方向の移動が一定の範囲内で許容される。すなわち、発熱体３を偏心配置した場合に、その後端部がセラミックセパレータ１８の内壁面と干渉することが防止され、偏心量も比較的自由に設定できる利点がある。
【００７５】
ここで、リード線挿通孔７２は、前述のようにセパレータ側ピッチ円Ｃ1上に配列しているが、図２１（ｂ）に示すように、発熱体端部収容孔１０２の内径ｄ1は、該ピッチ円の直径ｄ2よりも小さく設定されている（すなわちｄ1＜ｄ2）。すなわち、セラミックセパレータ１８の、隣接するリード線挿通孔７２の間に位置する部分は、リード線２０，２１，２８，２９を互いに分離する隔壁部１０３として機能するのであるが、発熱体端部収容孔１０２の形成に伴い、該隔壁部１０３は内側から切り欠かれることとなる。ここで、ｄ1≧ｄ2になると隔壁部１０３の径方向の長さが短くなり過ぎ、リード線２０，２１，２８，２９の分離効果が低下して短絡等の問題につながる場合がある。
【００７６】
また、リード線挿通孔７２のピッチ円Ｃ1の直径ｄ2と発熱体３の端部の外径Ｄとの比ｄ2／Ｄは、１．７〜２．８の範囲で調整することが望ましい。ｄ2／Ｄが１．７未満になると、発熱体３の偏心量を十分に確保できず、結果として発熱体３の横当り状態が不十分となってセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。また、ｄ2／Ｄが２．８を超えると、リード線２０、２１、２８、２９の曲がり量が大きくなりすぎ、それらリード線に損傷等が生じやすくなる。また、発熱体端部収容孔１０２は、その深さｈと内径ｄ1との比ｈ／ｄ1を１．２以下に設定するのがよい。例えば、発熱体３を傾斜させて偏心状態を形成する場合、ｈ／ｄ1が１．２を超えると、収容孔の径ｄ1に対して深さｈが相対的に大きくなり過ぎ、発熱体３の傾斜量すなわち偏心量を十分に確保できず、同様にセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。
【００７７】
次に、上述のように発熱体３の中心軸線Ｏ1を上述の配置関係で酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ2から偏心させ、かつ発熱部４２を素子内壁面２ａに弾性的に押し付ける機能を果たしているのは端子金具２３（図１）である。この場合、端子金具２３は３つの役割を果たす。第一は、酸素検知素子２の内側の電極層２ｃの出力端子としてリード線２０との電気的接続を図ること、第二は発熱体３を酸素検知素子２の内側に固定することであるが、これらは従来と同様の機能である。そして第３の機能が、発熱体３の先端部を素子内壁面２ａに横当たり構造で弾性的に押し付けることである。
【００７８】
図２６に端子金具２３の単体状態を、図２７に端子金具２３を発熱体３に組み付けた状態を示す。これらの図から明らかなように、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を把持するものである。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。
【００７９】
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知素子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。また、発熱体３との間には所定の隙間が形成されている。なお、これら両側の接触部２６ａは、鋸刃の山に相当する部分と谷に相当する部分とが、左右両側で互い違いに形成されており、例えばセンサ組立時において内部電極接続部２６を酸素検知素子２の内側に挿入する際に、左右の接触部２６ａが同時に酸素検知素子２の開口縁に引っ掛かったりする等のトラブルが生じにくくなり、ひいては内部電極接続部２６の酸素検知素子２に対する組み付けが容易となる効果を有している。また、鋸刃状の各接触部２６ａの高さをやや大きく設定することにより、上記板状部分を筒状に曲げて内部電極接続部２６を形成する際に、その曲げ方向の幅が増大して加工が行いやすくなる効果も合わせて達成される。
【００８０】
また、図２７に示すように、発熱体把持部２７の軸方向における酸素検知素子の先端から遠い側の縁、すなわち前方側の縁には発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。具体的には、発熱体把持部２７には軸方向における一方の端縁から他方の端縁に至るスリット１０１が形成されており、発熱体挿入ガイド部１００は、該スリット１０１の両側部分を、該スリットの中間位置から一方の縁に向けてこれを斜めに切り欠くことによりテーパ状に形成されている。
【００８１】
端子金具２３への発熱体３の組付けは、端子金具２３の発熱体把持部２７に対し発熱体３を先端側から挿入することにより行うことができる。発熱体３は発熱体把持部２７に対し、その開口部からこれを径方向外向きに拡げながら押し込まれる。このとき、発熱体３の先端縁が把持部２７の端縁に引っ掛かってスムーズに挿入が行えない場合がある。特に、把持部２７が径方向に弾性変形できるように上述のようなスリット１０１が形成される場合、そのスリット１０１の縁で引っ掛かりが生じやすい。そこで、そのスリット１０１に上記テーパ状の発熱体挿入ガイド部１００を形成しておけば、該テーパの作用により発熱体３の挿入がスムーズにガイドされるので上記引っ掛かりが生じにくくなり、ひいては端子金具２３への発熱体３の組付けを能率的に行うことができる。ただし、組付け時に上記引っ掛かり等があまり問題にならない場合には、発熱体挿入ガイド部１００は省略してもよい。
【００８２】
図１に戻り、内部電極接続部２６には、発熱体把持部２７が連結されているのとは反対側の端部近傍において、該発熱体把持部２７の内部電極接続部２６への連結部３０に対応する位置に、その内面から突出して発熱体３の外周面に当接する位置決め用突出部５０が形成されている。この位置決め突出部５０は、例えば内部電極接続部２６の壁部をプレス加工等により内向きに凹ませることにより形成されており、発熱体３を前述のように酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ2に対して偏心した状態で位置決めするためのものである。
【００８３】
酸素検知素子２の中空部内壁面２ａには、これを固体電解質粉末の成形・焼成により製造する際に、成形時の離型性を高める等の目的で、底部側が縮径する僅かなテーパが付与されている。これに対し発熱体３は、図２８等に示すように、その中心軸線Ｏ1が検知素子２側の中心軸線Ｏ2とほぼ平行となるように配置されるわけであるから、発熱体３の基端側に向かうほど、発熱体３と中空部内壁面２ａとの間に形成される隙間を大きくする必要がある。上記位置決め用突出部５０は、該突出部５０の形成位置におけるこの隙間量を所定の値に規定することにより、発熱体３が発熱部４２の近傍において上記中空部内壁面２ａと接触し、かつ２つの中心軸線Ｏ1と中心軸線Ｏ2とがほぼ平行となる位置関係を満足させる役割を果たしている。
【００８４】
なお、酸素センサ１の製造工程では、発熱体３に端子金具２３を固定した後、このアッセンブリを酸素検知素子２に挿入するのが普通である。ここで、発熱体３に対する酸素検知素子２の壁部からの拘束力が存在しないと仮定した場合に、発熱体把持部２７の内部電極接続部２６に対する半径方向の連結位置関係は、発熱体把持部２７と位置決め突出部５０とによって該発熱体３の中心軸線Ｏ1が酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ2に対し、発熱部４２側が該中心軸線Ｏ2から遠ざかるように少し傾いた状態で保持されるように定められている。これにより、上記アッセンブリの挿入の際に、発熱体３の先端部は素子内壁面２ａに弾性的に接触した状態でここを滑りつつ内部に挿入され、図２７（ｃ）に矢印で示すように、その中心軸線Ｏ1 が中空部の中心軸線Ｏ2と平行となる向きにその傾斜状態が矯正されつつ該検知素子２に対して装着されることとなる。また、発熱体把持部２７と内部電極接続部２６との間の連結部３０は、両側から周方向にＵ字状の切欠を形成することによりくびれた形態で形成されている。そして、発熱体３の検知素子２への装着時には、これが内向きに弾性変形し、その弾性復帰力によって発熱体３の発熱部４２を検知素子２の中空部内壁面２ａに押し付け、図１のような横当たり形態を生じさせる。
【００８５】
この状態で発熱体３には、素子内壁面２ａが発熱体３に及ぼす応力、位置決め突出部５０において発熱体３に作用する応力、発熱体把持部２７において発熱体３に作用する応力とによって、これらの合成による曲げモーメントが生じるが、その曲げモーメントにより発熱体３が折れないように、言い換えれば発熱体３の許容強度範囲以上の応力が生じないようにされている。このような応力ひいては曲げモーメントの調整を図るのは、内部電極接続部２６に隣接するくびれ形態の連結部３０である。
【００８６】
すなわち、連結部３０は、上記挿入工程で発熱体把持部２７及び位置決め用突出部５０を介して発熱体３に付与される曲げ力を吸収・緩和してその折損等を防止する役割も果たす。そして、その弾性力の調整は、くびれ部分の幅調整により可能となる。換言すれば、連結部３０のくびれ幅を適切に設定することで、上記弾性力を適度な値に調整でき、図１の発熱体３の横当たり構造において、素子内壁面２ａに対する弾性的な押付力を必要十分な値に確保できるのである。
【００８７】
次に、図２９（ｂ）に示すように、発熱体３の外層セラミック部４３がセラミック棒４５に巻き付けられた際の接合隙間として、発熱体３の外周の１箇所に軸方向と平行なスリット状部４４が生じ、この近傍では抵抗パターン４１が存在せず、発熱疎部分となるが、発熱体３の素子内壁面２ａの横当たり構造に際してはこのスリット状部４４の反対側の発熱部４２表面を素子内壁面２ａに当てることが望ましい。これによって充分発熱する部分から直接的に酸素検知素子２に効果的な熱伝達が生じる。
【００８８】
また、酸素検知素子２の中空部内壁面２ａはテーパ状に形成されているが、その内径の平均値（以下、単に内径という）ＤAと発熱体３の外径ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−ＤBは０．１〜０．３５mm、望ましくは０．１５〜０．３０mmに設定されている。また、上記ΔＤの発熱体３の外径ＤBに対する比ΔＤ／ＤBは、０．１３以下、望ましくは０．１０以下に設定されている。
【００８９】
以下、上記酸素センサ１の作動について説明する。
図２８（ｂ）は、発熱体３の中心軸線Ｏ1と酸素検知素子２の中心軸線Ｏ2とが同心的な構造の例を示すもので、これと図２８（ａ）とを比較すると明らかなように、図２８（ａ）の例では、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ2に対し、発熱体３の中心軸線Ｏ1がほぼ平行な状態で、酸素検知素子２の中心軸線Ｏ2から距離δだけ偏心し、その発熱部４２の先端部表面が素子内壁面２ａに側方から押し付けられた、いわば横当たり構造とでも称すべき形態となっている。なお、図２８（ａ）においては理解を容易にするために、発熱体３と酸素検知素子２との隙間は実際のものより誇張して描かれているが、上述の偏心量δは、素子内壁面２ａの内径を２.８〜３.２mm、発熱体３の外径を２.４３〜２.６３mmとしたとき、発熱体３と酸素検知素子２との間で過度な押し付け力を生ずることなく上記横当り構造を確実なものとするために、例えば０.０８５〜０.３８５mm程度の大きさに設定するのがよい。また図２８（ｂ）の発熱部４２’と比べて、図２８（ａ）の発熱部４２は、前述のように発熱体３の先端側により狭い領域に偏って形成されている。
【００９０】
このような発熱体３の素子内壁面２ａに対する横当たり構造を採用することにより、発熱部４２で生じた熱が上記接触に基づく熱伝導により速やかに酸素検知素子２に伝わってこれを加熱し、また発熱部４２の上記接触部近傍の局部的に発熱した部分の熱輻射によっても酸素検知素子２が加熱される。そして、その熱伝導及び熱輻射による相乗的な熱伝達が、酸素検知素子２を急速に加熱し、活性化温度までの上昇時間を短縮する。
【００９１】
ここで、図２に示すように酸素検知素子２は、その素子内壁面２ａに横当て状態で配置された発熱部４２により局所加熱されるのであるが、センサの立ち上がり時間は図２８（ｂ）に示す構成のセンサと同等レベルに維持されるか、あるいは却って短縮される。その要因としては、次のようなことが考えられる。すなわち、酸素イオン電導性固体電解質により形成された酸素検知素子２に十分な濃淡電池起電力が生じるためには、酸素検知素子２の電気抵抗値が十分小さくなることのほかに、酸素分子に対する解離ないし再結合反応に対する電極層２ｂ，２ｃの触媒活性が十分に高められている必要がある。そして、センサの検出出力レベルは、酸素検知素子２の電気抵抗値と上記２ｂ，２ｃの触媒活性の兼ね合いで決まる。
【００９２】
ここで、酸素検知素子２が発熱部４２により局所加熱されると、固体電解質の活性化による酸素検知素子２の電気抵抗減少は、例えば図２８（ｂ）に示す構成ほどには進まないが、図２に示すように、その局所加熱された部分２ｄはより高温まで加熱されるので、当該部分で電極層２ｂ，２ｃの触媒活性が高めらる。そして、電極層２ｂの触媒活性が向上すると被測定ガス中の酸素分子の解離が促進され、その効果により固体電解質の濃淡電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補われ、結果としてセンサの活性化時間（立ち上がり時間）が短縮されるものと推測される。
【００９３】
また、発熱体３の中心軸線Ｏ1が検知素子２側の中心軸線Ｏ2とほぼ平行となるように配置することにより、発熱部４２の側面が検知素子２の中空部内壁面２ａに対しほぼ沿う形となり、発熱部４２により酸素検知素子２の壁部をより均一に加熱することができるようになり、ひいては酸素センサの活性化時間短縮の効果がさらに高められている。
【００９４】
さらに、図１に示すように、端子金具２３において、発熱体把持部２７が内部電極接続部２６に対し発熱体３の発熱部４２に近い側にのみ連結されているので、端子金具２３の発熱体３の軸線方向における長さが短くなり、ひいては酸素センサ１は、その軸線方向の長さが減じられてコンパクトに構成されている。また、発熱体３が１ケ所の把持部２７により把持される形としたから、端子金具２３を装着した発熱体３を酸素検知素子２の中空部内に挿入してセンサ１を組み立てる際に、前述の通り、端子金具２３を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体３の折損等を防止することができる。
【００９５】
なお、図３１及び図３２に示すように、端子金具２３においては、２つの発熱体把持部を２７ａ，２７ｂをそれぞれ連結部２９，３０を介して、内部電極接続部２６に対しその軸線方向両側に連結する構成とすることもできる。また、位置決め突出部５０は、発熱体把持部２７ａ，２７ｂのいずれに形成してもよい。この場合、発熱体把持部の内径は、位置決め突出部５０の突出量を考慮に入れて大きく設定しておく必要がある。
【００９６】
例えば、図３１においては、発熱部４２から遠い側の発熱体把持部２７ａに形成されている。また、図３２は発熱部４２から近い側の発熱体把持部２７ｂに位置決め突出部５０を形成した例を示している。この場合は、発熱体３は、連結部２９ないし３０が位置するのとは反対側においてその発熱部４２が酸素検知素子２の中空部内壁面２ａに当接している。これにより、発熱体３は、図３３に示すように該側にやや大きく傾いて、その中心軸線Ｏ1が中空部の中心軸線Ｏ2と所定の傾きθで交差する形態となっている。
【００９７】
なお、図３３においては、理解を容易にするために発熱体３と酸素検知素子２との隙間や傾きθを実際のものより誇張して描いている。ここで、発熱部４２の近傍における中心軸線Ｏ1の酸素検知素子２の中心軸線Ｏ2に対する偏心量δと、傾きθとは、素子内壁面２ａの内径を２.８〜３.２mm、発熱体３の外径を２.４３〜２.６３mmとしたとき、発熱体３と酸素検知素子２との間で過度な押し付け力を生ずることなく上記横当り構造を確実なものとするには、例えばδは０.０８５〜０.３８５mm、またθは０.１〜０.５°程度の大きさとするのがよい。
【００９８】
次に、図３４に示す構成では、端子金具２３は図１とほぼ同様に形成された内部電極接続部２６を備え、発熱体３の軸方向において該内部電極接続部２６の一方の側には、前述と同様の第一発熱体把持部２７ａが形成される一方、他方の側にも第二発熱体把持部２７ｂが同様の構成で形成されている。ここで、図３５に示すように、上記１対の発熱体把持部２７ａ，２７ｂは、その中心軸線が、酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ11から偏心してこれとほぼ平行な共通の軸線Ｏ10上に位置するように、内部電極接続部２６に対して連結されている。
【００９９】
具体的には、端子金具２３においては、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとが、内部電極接続部２６の各々対応する端部に対し、それぞれくびれた形態の第一及び第二連結部２９及び３０により、発熱体３の径方向において同じ側の周縁に一体的に接続されている。そして、これら連結部２９，３０は、内部電極接続部２６の径方向内側に曲げられて段付き部を形成するとともに、その曲げ量を調整することにより、発熱体把持部２７ａ，２７ｂの中心軸線Ｏ10は、酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ11に対しほぼ平行な状態で、連結部２９，３０の形成側とは反対方向に所定の偏心量ｄで偏心させられている。この構成によれば、２つの把持部２７ａ，２７ｂにより発熱体３をより安定的に保持することができる。
【０１００】
上述のような端子金具２３は、例えば図３６に示すような形状の板状金属部材１２３を曲げ加工することにより製造することができる。すなわち、図３６（ａ）に示すように板状金属部材１２３は、３つの板状部１２７ａ、１２６及び１２７ｂが、その幅方向中間部において、連結部２９及び３０となるべき接続部１２９及び１３０により互いに一体化された形態をなし、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように、接続部１２９及び１３０の両側に張り出した部分を幅方向において筒状に丸めるように曲げ加工することにより、それぞれ第一発熱体把持部２７ａ、内部電極接続部２６ａ及び第二発熱体把持部２７ｂとなる。また、連結部２９及び３０は、同図（ｅ）に示すように、発熱体把持部２７ａ，２７ｂの中心軸Ｏ10が、所期の位置となるように段付き状に曲げ加工される。
【０１０１】
なお、上記金属板状部材１２３において、発熱体把持部２７ａ及び２７ｂとなるべき板状部（第一の板状部）１２７ａ及び１２７ｂは、その幅方向両縁部分が上記曲げ加工により互いに対向してスリット１０１を形成するとともに、それぞれ該縁の一方の端部側が斜めに切り欠かれて、それぞれ前述の発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。
【０１０２】
次に、図３７の構成においては、図３５の構成と同様に、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとが形成されているが、図３８に示すように、第二発熱体把持部２７ｂは、中心軸線Ｏ11が第一発熱体把持部２７ａの中心軸線Ｏ10から距離ｄだけ偏心して設けられている。すなわち、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとは、内部電極接続部２６の各々対応する端部に対し、それぞれくびれた形態の第一及び第二連結部２９及び３０により、発熱体３の径方向において同じ側の周縁に一体的に接続されている。そして、これら第一及び第二連結部２９及び３０は、内部電極接続部２６の径方向内側に曲げられて段付き部を形成するとともに、その曲げ量を調整することにより、第一発熱体把持部２７ａ及び第二発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ10，Ｏ11間の偏心量ｄが調整されている。該構成によれば、発熱体３は、互いに偏心した２つの把持部２７ａ２７ｂにより傾斜状態で保持されて素子内壁面２ａに押し付けられる。これにより、発熱体３はその傾斜状態をより安定的に保持することができ、発熱部３の横当て効果がさらに確実に達成される。
【０１０３】
ここで、第一発熱体把持部２７ａ及び第二発熱体把持部２７ｂの中心軸線Ｏ10，Ｏ11間の偏心量ｄは、例えば次のようにして設定することができる。すなわち、理解を容易にするために図３９に誇張して示すように、発熱体３の中心軸線Ｏ1と酸素検知素子２の中空部の中心軸線Ｏ2とのなす角度θは、例えば素子内壁面２ａの内径を２.８〜３.２mm、発熱体３の外径を２.４３〜２.６３mmとしたとき、θは前述と同様に０.１〜０.５°程度の大きさとするのがよいが、第一発熱体把持部２７ａと第二発熱体把持部２７ｂとの軸方向端面間の距離をＬとすれば、ｔａｎθ＝ｄ／Ｌであり、ｔａｎ０．１°＝０．００１７、ｔａｎ０．５°＝０．００８７であるから、０．００１７Ｌ≦ｄ≦０．００８７Ｌとなるようにｄを設定すればよい。
【０１０４】
なお、本構成においても、両発熱体２７ａ，２７ｂに発熱体挿入ガイド部１００が形成されている。すなわち、２つの把持部２７ａ，２７ｂが設けられ、しかも発熱体３を傾斜状態で保持するためにそれらが互いに偏心した位置関係で形成されているので、発熱体３は上側の把持部２７ａに挿入された後、下側の把持部２７ｂへは偏心状態で進入しようとする。そのため、該下側の把持部２７ｂにおいては前述の引っ掛かりの問題が特に生じやすい。そこで、上述のように発熱体挿入ガイド部１００を形成することで、このような構成においても発熱体３を端子金具２３に対しスムーズに組み付けることができる。なお、上側の把持部２７ａについては下側の把持部２７ｂほどには引っ掛かりの問題が生じないことから、下側の把持部２７ｂにのみ発熱体挿入ガイド部１００を形成するようにしてもよい。
【０１０５】
続いて、図４０の構成においては、発熱体把持部２７は内部電極接続部２６に対し、図１と同様に、１ケ所にのみ設けられているが、図１と異なり位置決め突出部５０が形成されていない。この構成によれば、発熱体３は１ケ所の把持部２７により、軸線と交差する向きにおいて若干の動きの自由度を生じた状態で把持されることとなる。従って、発熱体３を端子金具２３とともに酸素検知素子２の中空部内に挿入すると、該発熱体３は、先端部が酸素検知素子２の内壁面との接触するに伴い、これに追従して該内壁面に沿う形で位置決めされ、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待することができるようになる。この場合、ΔＤないしΔＤ／ＤBを前述の範囲で調整することにより、発熱体３の先端部は酸素検知素子２の中空部内壁面にさらに沿いやすくなり、酸素センサ１の活性化時間を短縮する効果が一層高められる。
【０１０６】
また、別の効果としては、センサ１を組み立てる際に、端子金具２３を介した過剰な横方向の力が発熱体３に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体３の折損等を防止することができる。さらに、端子金具２３の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。
【０１０７】
次に、図４１に示す構成では、内部電極接続部２６の軸方向後端側に発熱体把持部２７が接続される一方、前端側にはガイド部２８が接続されている。ガイド部２８は、ほぼ半円状の横断面形状をなし、かつ端子金具２３の中心軸線、詳しくは発熱体把持部２７及び内部電極接続部２６の中心軸線に関して所定角度だけ内側に傾斜して形成されている。これによってガイド部２８は、発熱体３をその軸方向とほぼ垂直方向に押して素子内壁面２ａに押し付ける。
【０１０８】
さて、本発明の請求項に記載した酸素センサの構成には、以下に述べる各発明の内容を少なくとも１つ付け加えることができる。
【０１０９】
発明（Ａ）
この発明の酸素センサは、下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状の酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシング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、酸素検知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、ケーシングに対し後方側から連結されるフィルタアセンブリと、フィルタアセンブリとケーシングとを互いに結合する結合部を備える。そして、そのフィルタアセンブリは、ケーシング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ケーシングの内部と連通し、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内面側から又は外面側から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、フィルタをフィルタ保持部に対して固定する補助フィルタ保持部とを備えて構成され、それらフィルタ及び気体導入孔を経て外気がケーシング内に導入される。
また、該酸素センサにおいては、ケーシングとフィルタアセンブリとを互いに別体に形成し、フィルタアセンブリをケーシングの後方側に配置して、その後結合部を形成することにより、それらケーシングとフィルタアセンブリとを互いに連結することができる。
【０１１０】
該酸素センサの特徴の要旨は、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ケーシングとは独立に構成し、これをケーシングに連結・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、酸素検知素子などのケーシング内への組付けとは独立に行うことができるので、例えば検知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▼ケーシング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。
【０１１１】
フィルタアセンブリは、ケーシング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ケーシング内に導入される。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保持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。
【０１１２】
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ケーシング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かしめることにより、その周方向に沿って環状のフィルタかし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かしめ部とすることで、フィルタアセンブリの組立てが一層容易となる。なお、この環状のかしめ部は、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、各かしめ部において、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ケーシング内側へ漏れ込む可能性も小さくなる。
【０１１３】
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の後端縁側には周方向に沿ってフィルタかしめ部を形成することができる。そして、該補助フィルタ保持部の後端側には、フィルタ保持部との間に位置するフィルタを目視するためのフィルタ確認部を形成できる。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かしめ部が形成されれば、かし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、フィルタ確認部においてフィルタ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かしめ不良を容易に発見できる。
【０１１４】
また、補助フィルタ保持部の前端縁側にフィルタかしめ部を形成する場合、そのフィルタかし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かしめ部においてフィルタが正常にかしめられているか否かを容易に判別できる。
【０１１５】
次に、フィルタアセンブリは、ケーシングに対し各種方法により連結することができる。例えば、フィルタ保持部は、その先端側においてケーシングに対し外側からこれに重なりを生じるように配置することができ、その重なり部においてフィルタ保持部をケーシングに向けてかしめることにより、それらの周方向に連結部としての環状のアセンブリ連結かしめ部を形成して、そのアセンブリ連結かしめ部により、フィルタ保持部の内周面をケーシング外周面に対して気密状態で圧接する構成とすることができる。すなわち、フィルタアセンブリをアセンブリ連結かしめ部によりケーシングに対して容易に組みつけることができる。なお、かしめ部に代えて、あるいはかしめ部とともに、環状の溶接部（例えば、抵抗溶接部あるいはレーザー溶接部）を形成するようにしてもよい。
【０１１６】
次に、フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく軸方向後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように構成することができる。この場合、気体導入孔は、その第二部分の壁部に形成することができる一方、第一部分には、ケーシングの後端部を上記段付き部に直接又は他部材を介して間接的に当接する位置まで挿入する構成とすることができる。また、ケーシングに対する重なり部は第一部分に形成され、ここに前述のアセンブリ連結かしめ部（あるいは溶接部）を形成することができる。
【０１１７】
上記構成によれば、段付き部を利用して、フィルタ保持部のケーシングに対する軸方向の位置決めを簡単に行うことができる。また、径小側の第二部分に気体導入孔を形成し、ここにフィルタ及び補助フィルタ保持部を外側から嵌め入れる構成とすれば、例えばフィルタ保持部を第二部分が上となるように立てた状態で、上側からフィルタ及びフィルタ保持部を順次外挿する際に、段付き部にそれらフィルタ及びフィルタ保持部を当てて止めることができるので、フィルタアセンブリの組立てがさらに容易になる。この場合、補助フィルタ保持部の内径は、第一部分の外径よりも小さく設定しておく必要がある。
【０１１８】
また、上記酸素センサには、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータを設けることができる。この場合、該セラミックセパレータは、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置することができる。セラミックセパレータの一部をフィルタ保持部の内側に進入させることで、該セラミックセパレータの後方側においてフィルタ保持部内に形成される空きスペースが小さくなり、ひいてはその分だけ酸素センサの軸方向の長さが減じて全体をコンパクトに構成できるようになる。
【０１１９】
この場合、セラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出する形態でセパレータ側支持部を、例えばフランジ状に形成することができる。そして、該セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも前方側に位置する部分をケーシング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においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接する一方、該セパレータ側支持部によりも後方側に位置する部分をケーシングの外側に突出させた状態で配置することができる。また、フィルタ保持部は、軸方向中間に前述の段付き部が形成される場合、セラミックセパレータの突出部分を第二部分の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部においてセパレータ側支持部に対し、ケーシングとは反対側から直接又は他部材を介して間接的に当接するように配置することができる。すなわち、ケーシングの端面とフィルタ保持部の段付き部との間でセパレータ側支持部を挟み付けることにより、ケーシング内でセラミックセパレータを、より安定的に支持することが可能となり、ひいてはがたつき等によるセパレータの割れや欠けといったトラブルも生じにくくなる。
【０１２０】
例えば、セラミックセパレータには、気体導入孔から流入した外気をケーシング内側へ導く気通用連通部を、その後端面から前端面まで軸方向に貫通した形で形成することができる。これにより、基準ガスとしての外気を確実かつ速やかに酸素検知素子内部まで導くことができるが、何らかの要因により気体導入孔から水滴等が進入した場合には、上記気通用連通部を介してその水滴が酸素検知素子の内側へ漏れ込む可能性がある。この場合、セラミックセパレータの後端面を、気体導入孔よりも後方側に位置させるようにすれば、水滴が仮に浸入しても、これが気通用連通部からケーシング内に漏れ込むためには、セラミックセパレータの後端面側に迂回しなければならないため、水滴が酸素検知素子側へ漏れ込む可能性をより小さくすることができる。
【０１２１】
発明（Ｂ）
この発明の酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、外気をケーシング内に導入するための気体導入構造部とを有する。該気体導入構造部は、ケーシングの後方側に同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに、内部が該ケーシングと連通し、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有し、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる。そして、気体導入構造部の外側には、これを覆う筒状形態をなし、フィルタ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防護カバーが設けられる。
【０１２２】
すなわち、気体導入構造部において液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを設け、さらにその外側に防護カバーを設けることで、ケーシング内への水滴等の侵入が一層起こりにくくなる。これにより、酸素センサが車両の足周り部分に取り付けられた場合、水溜まりなどの水を強く跳ね上げながら走行したり、あるいは洗車時に高圧の水が直接フィルタに当たった場合等においても、上上記フィルタとの組合せにより、センサ内への水滴等の侵入を効果的に防止することができる。
【０１２３】
気体導入構造部は、ケーシング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ケーシング内に導入される。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保持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。
【０１２４】
防護カバーは、気体導入孔に対応する位置においてフィルタとの間に気体滞留空間を生じた状態で、その軸方向において気体導入孔を挟んだ両側部分がをフィルタ保持部の外面に対しカバー接合部により接合することができ、また、気体滞留空間を外部と連通させてこれに外気を導入する外部連通部を設けることができる。これにより、基準ガスとしての外気は外部連通部から防護カバーの内側へ導かれ、また、その導かれた外気は気体滞留空間の形成により、フィルタをスムーズに流通することができるので、防護カバーを設けたにも拘わらず、外気（基準ガス）のケーシング内へ支障なく導くことができる。
【０１２５】
この場合、カバー接合部は、防護カバーの周方向に沿って環状に形成することができ、外部連通部は、防護カバーとフィルタ保持部との間において、環状のカバー接合部を横切る通路状に形成することができる。すなわち、環状のカバー接合部によりカバー部材内側への水滴等の侵入がより起こり難くなり、しかもこれを横切る通路状の外部連通部の形成により、外気のカバー部材内への導入は支障なく行うことができる。
【０１２６】
このような構造は、以下のようにして比較的簡単に実現することができる。すなわち、気体導入孔よりも前方側においてフィルタ保持部の外周面に、該フィルタ保持部の軸方向に延びる外部連通部としての所定長の溝部を周方向に沿って所定の間隔で複数形成する。また、カバー接合部は、防護カバーをフィルタ保持部に向けてかしめることにより、各溝部を横切るように、かつ該溝部の底部において防護カバーとフィルタ保持部との間に隙間が残留するように形成された環状のかしめ部とする。これにより、該防護カバーとフィルタ保持部との間に形成される隙間の前方側開口部から、溝部を通って気体滞留部へ外気が導かれることとなる。この場合、溝部底部に上記隙間が確保できる程度にかしめの圧力及び溝部の深さを調整すればよい。
【０１２７】
なお、防護カバーの前方側端縁は、上記各溝部の端よりも所定長だけ前方側まで延ばすことができる。これにより、酸素センサに水しぶき等がかかった場合に、防護カバーの内側へ水滴等が侵入する確率をさらに小さくすることができる。
【０１２８】
次に、フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように形成することができる。この場合、気体導入孔はその第二部分の壁部に形成される。これによれば、例えばフィルタ保持部を第二部分が上となるように立てた状態で、上側からフィルタ及びフィルタ保持部を順次外挿する際に、段付き部にそれらフィルタ及びフィルタ保持部を当てて止めることができるので、気体導入構造部の組立てが容易になる。この場合、補助フィルタ保持部の内径は、第一部分の外径よりも小さく設定しておく必要がある。
【０１２９】
上記構造において、溝部は第一部分の外周面に形成することができる。また、防護カバーは、その前方側端部において該第一部分に対し環状のかしめ部により固着され、後方側端部において第二部分の末端部外周面に別のかしめ部により固着される。これにより、防護カバーとフィルタ保持部の径小の第二部分との間に気体滞留空間を形成しやすくなる。
【０１３０】
また、この発明の酸素センサには、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータを設けることができる。そして、そのセラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出するフランジ状のセパレータ側支持部を形成することができる。セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも前方側に位置する部分をケーシング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においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接するように配置される。そして、カバー接合部としての環状のかしめ部は、フランジ状のセパレータ側支持部の外周面に対応する位置に形成することができる。これにより、かしめ部形成の際の圧縮力を、フランジ状のセパレータ側支持部の外周面で受けることができるので、かしめ部の形成を確実に行うことができる。
【０１３１】
発明（Ｃ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシングに対し内部が連通するようにこれと同軸的に設けられるとともに、該ケーシングに対し軸方向後方側から連結されるカバー部材とを備える。カバー部材は、その軸方向前方側においてケーシングに対し外側からこれに重なりを生じるように配置される。そして、その重なり部には、該カバー部材を前記ケーシングに向けてかしめることにより、それらの周方向に円環状に形成された主かしめ部と、該円環状の主かしめ部においてカバー部材とケーシングとが、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が形成される。
【０１３２】
上記構成によれば、主かしめ部においては、ケーシングとカバー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、それらの間からケーシング内に水等が漏れ込むことが確実に阻止される。また、該主かしめ部と共に回転阻止部を形成することで、ケーシングとカバー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、ひいては上記主かしめ部における気密性を一層確実なものととすることができる。
【０１３３】
回転阻止部は、カバー部材の軸線方向において主かしめ部の少なくとも一方の側に、該カバー部材をケーシングに向けてかしめることにより形成された補助かしめ部とすれば、その形成も容易で回転阻止効果にも優れる。補助かしめ部は、具体的には、カバー部材の軸線方向において主かしめ部に対し所定の間隔で隣接し、かつ該カバー部材の周方向に沿う環状に形成することができる。環状形態の補助かしめ部を主かし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、補助かし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、ケーシングとカバー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ケーシングとカバー部材との間の相対的な回転が極めて生じにくくなる。
【０１３４】
なお、補助かしめ部は、主かしめ部よりも酸素検知素子に近い側に形成するのがよい。すなわち、酸素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かし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。
【０１３５】
また、主かしめ部と補助かしめ部とは、それぞれカバー部材を周方向外側から圧縮する複数のかしめパンチを含むとともに、カバー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組のかし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、主かしめ部と補助かしめ部とが１回のかし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、かしめパンチによる圧縮により、カバー部材がケーシングに向けて局所的に食い込みつつ圧接されてかし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カバー部材には、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、主かしめ部と補助かしめ部とを順次的に形成した場合、後で形成するかし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かしめ部に及び、気密性が損なわれる問題が生じやすい。しかしながら、上述のように両かし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かしめ部の間の領域にプールすることができ、ひいてはいずれのかし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。
【０１３６】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシング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、酸素検知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、ケーシングに対し後方側から連結される発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１３７】
発明（Ｄ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、気体導入構造部とを備える。気体導入構造部は、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、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、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をケーシング内に導入させる。フィルタ保持部は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく軸方向後方側を第二部分として、該第二部分が前記第一部分よりも径小となるように構成されており、気体導入孔はその第二部分の壁部に形成される。補助フィルタ保持部は、フィルタ保持部の第一部分と第二部分とにまたがるように配置される。そして、上記第二部分に対応する位置において、フィルタ部を挟んでフィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを互いに結合する主結合部と、第一部分に対応する位置において、フィルタ保持部と補助フィルタ保持部とを互いに結合する補助結合部とが形成される。
【０１３８】
上記構成の酸素センサにおいては、フィルタ保持部が段付き部を介して互いに隣接する異径の第一部分と第二部分の少なくとも２部分からなり、補助フィルタ保持部がそれら２部分にまたがる筒状に形成され、その第二部分に主結合部が形成されるのに加え、第一部分に補助結合部を形成するようにしたから、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間に軸線周りの捩じり力が付加されても、補助フィルタ保持部とフィルタ保持部との間に相対的な回転が生じにくい。その結果、両者の間で保持されるフィルタのシールが破れにくく、ケーシング内部への水滴等の侵入が起こりにくい。
【０１３９】
上記構成においてフィルタは、フィルタ保持部の第二部分のみを周方向に取り囲むように配置することができる。この場合、主結合部は、フィルタを挟んで補助フィルタ保持部をフィルタ保持部の第二部分に向けてかしめることにより、該第二部分の周方向に沿って形成された環状の主かしめ部とすることができる。また、補助結合部は、補助フィルタ保持部をフィルタ保持部の第一部分に向けて直接的にかしめることにより、該第一部分の周方向に沿って形成された環状の補助かしめ部とすることができる。この構成によれば、主結合部と補助結合部とをかしめにより簡単に形成でき、しかも補助フィルタ保持部及びフィルタ保持部との間でのフィルタのシール性も良好に確保できる。また、補助かしめ部においては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が介在せず、両者が直接的にかしめられるので捩じりに対する強度が一層高められる。
【０１４０】
また、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、主かしめ部は、気体導入孔ないし補助気体導入孔の列を挟んで両側に形成された２本のかしめ部を含むものとすることができる。この構成によれば、気体導入構造部においてケーシング内へ外気を偏りなく導入することができる。また上記２本の主かしめ部によりフィルタのシール性が一層良好に確保される。
【０１４１】
発明（Ｅ）
この発明の酸素センサは、下記のように構成されることを特徴とする。
▲１▼軸状の酸素検知素子。
▲２▼酸素検知素子を収容する筒状のケーシング。
▲３▼セラミックセパレータ：ケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該ケーシングの後端部に形成されたケーシング側支持部において直接又は他部材を介して間接的に支持され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成される。
▲４▼カバー部材：該ケーシングと同軸的に配置され、各リード線が自身の後方外側に延びることを許容しつつ、セラミックセパレータを外側から覆った状態でケーシングに対し後方側から連結される。
▲５▼金属弾性部材：カバー部材とセラミックセパレータとの間、及びケーシング側支持部とセラミックセパレータとの間の少なくともいずれかに圧縮状態で配置され、カバー部材とケーシング側支持部との間において、セラミックセパレータに対する挾圧保持力を生じさせる。
【０１４２】
上記構成において金属弾性部材は、カバー部材とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする一方、酸素センサの組立時等において自身の弾性変形により、セラミックセパレータのセパレータ側支持部に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータの割れや欠けを防止する役割を果たす。そして、金属弾性部材は、その構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、高温で厳しい使用環境下でもセラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【０１４３】
セラミックセパレータには、その外周面から突出してセパレータ側支持部を形成することができる。該セパレータ側支持部は例えばセラミックセパレータの周方向に沿うフランジ状に形成できる。また、金属弾性部材は、セラミックセパレータに外挿され、カバー部材とセパレータ側支持部との間、及びケーシング側支持部とセパレータ側支持部との間の少なくともいずれかに圧縮状態で配置されるばね座金とすることができる。金属弾性部材をこのようなばね座金とすることで、セラミックセパレータに対するその組付けを極めて簡単に行うことができ、また弾性力も充分に確保することができる。なお、具体的にはばね座金として波型座金、すなわちリング周方向において軸方向の波型のうねりを形成した座金を使用することができる。これにより、セラミックセパレータに対し、軸線回りに比較的均一な挾圧力を生じさせることができ、セラミックセパレータをより安定的に支持することができる。
【０１４４】
次に、セパレータ側支持部は、セラミックセパレータの軸方向中間位置に形成することができる。この場合、セラミックセパレータは、軸方向において前方側部分をケーシングの後端部内側に収容するとともに、ケーシングの開口端面部をケーシング側支持部として、これにセパレータ側支持部を直接又は他部材を介して間接的に当接させる一方、後方側部分をケーシングの外側に突出させた状態で配置することができる。また、カバー部材は、セラミックセパレータの突出部分を外側から覆うものとし、その内周面の軸方向中間位置には、ケーシングの開口端面部とは反対側からセパレータ側支持部に対し直接又は他部材を介して間接的に当接するカバー側支持部を形成することができる。そして、ばね座金は、カバー側支持部とケーシングの端面との少なくとも一方とセパレータ側支持部との間に配置することができる。該構成では、セパレータ側支持部をセラミックセパレータの軸方向中間位置に形成し、セラミックセパレータのセパレータ側支持部よりも前方側部分をケーシング内に収容し、後方側部分をカバー部材内に収容することで、セラミックセパレータをより安定的に保持できる。
【０１４５】
また、カバー部材は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部により、該段付き部に関して軸方向前方側を第一部分、同じく後方側を第二部分として、該第二部分が第一部分よりも径小となるように形成することができる。そして、その段付き部をカバー側支持部として、該カバー側支持部とセパレータ側支持部との間にばね座金を配置することができる。すなわち、上記構成の酸素センサを組み立てる場合、筒状のケーシングを立てた状態でセラミックセパレータをその上側の開口部から挿入するようにし、さらにカバー部材を上側から被せるようにすれば能率がよい。この場合、ばね座金を上述のように配置すれば、ケーシングに挿入した状態のセラミックセパレータに対し該ばね座金を簡単かつ確実に外挿することができ、センサの組立を一層能率よく行うことができる。また、カバー部材を上述のように段付き構造とすることで、その段付き部とセパレータ側支持部との間でばね座金を確実に挾圧することができる。
【０１４６】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシング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、酸素検知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、ケーシングに対し後方側から結合部により連結される前記発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１４７】
発明（Ｆ）
この発明の酸素センサは、軸状の酸素検知素子と、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、ケーシングに対し同軸的に設けられるとともに、該ケーシングの後端部に形成されたケーシング側支持部に当接することによりこれに支持され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されるセラミックセパレータとを備える。そして、ケーシング側支持部は、ケーシングの軸方向において該ケーシングの本体部分よりも弾性変形が容易な緩衝支持部とされており、セラミックセパレータを緩衝支持部に対して軸方向において相対的に押し付けることにより該緩衝支持部をその押し付け方向に圧縮変形させた状態で、該セラミックセパレータをケーシングに対して固定するセパレータ固定手段が設けられている。
【０１４８】
上記構成において緩衝支持部は、セパレータ固定手段とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する適度な挾圧保持力を生じさせてがたつきを防止し、その固定・保持をより確実なものとする一方、酸素センサの組立時等において自身の弾性変形により、セラミックセパレータのセパレータ側支持部に過度な挾圧力が作用することを抑制し、ひいてはそれによるセラミックセパレータの割れや欠けを防止する役割を果たす。そして、該緩衝支持部はケーシング側支持部として該ケーシングと一体に構成されるので、従来の酸素センサのようにゴムリング等を別部材として設ける必要がなくなる。その結果、部品点数が減少してセンサの組立工程が簡略化され、ひいてはセンサの製造能率を向上させることができる。
【０１４９】
上記構成においては、ケーシングは金属で構成することができ、緩衝支持部は該ケーシングと同材質または異材質の金属材料で構成することができる。これによれば、緩衝支持部の構成材質が金属であることから耐熱性に優れ、高温の厳しい使用環境下でもセラミックセパレータのがたつき防止効果を長期に渡って良好に維持することができる。
【０１５０】
具体的には緩衝支持部は、本体部分と一体化されたばね部とすることができる。ばね部を本体部分と一体化することで、緩衝支持部を確実に弾性変形させることができ、ひいてはセパレータ固定手段とケーシングとの間で、セラミックセパレータに対する必要十分な挾圧保持力が生じてセラミックセパレータの固定をより確実に行うことができる。
【０１５１】
この場合、ばね部は、ケーシングの開口端縁部を断面半径方向に１ないし複数回曲げ返すことにより形成することができる。これによればケーシングの開口端縁部にプレス加工等によりばね部を簡単に形成することができる。ばね部は、より具体的には、ケーシングの開口端縁部に薄肉部を形成し、その薄肉部を断面半径方向において内側に１回曲げ返し、その曲げ返された薄肉部の先端側をさらに外向きに１回曲げ返すことにより形成することができる。薄肉部の形成により、ばね部形成のための曲げ加工がより行いやすくなり、しかも２回の曲げ加工によりばね部材をより簡単に形成できる。
【０１５２】
また、緩衝支持部は、ケーシングの本体部分よりも低硬度の部分となるように構成してもよい。すなわち、緩衝支持部の硬度を本体部分の硬度よりも低くすることにより、緩衝支持部は本体部に対して相対的に圧縮変形し、ばね部と同様に機能しうる。このような緩衝支持部は、例えば本体部分よりも硬度の低い異材質により構成することができる。この場合、その異材質部分は溶接あるいはろう付け等により本体部分に接合することができる。また、緩衝支持部を形成すべきケーシングの部分に対し、通電加熱等により局所的な軟化熱処理を行うことにより形成する方法も可能である。この場合、緩衝支持部は本体部分と同材質により一体形成されることとなる。
【０１５３】
また、緩衝支持部のビッカース硬度をＨｖs、本体部分のビッカース硬度をＨｖhとした場合、Ｈｖhは３２０以上とするのがよい。Ｈｖhが３２０未満になるとケーシングの強度が不足し、酸素センサの耐久性を確保できなくなる場合がある。Ｈｖhは、より望ましくは３６０以上とするのがよい。また、緩衝支持部の硬度は、Ｈｖh−Ｈｖsが６０以上となるように調整するのがよい。Ｈｖh−Ｈｖsが６０未満になると、緩衝支持部の本体部分に対する相対的な変形量が不足し、所期の効果が十分に達成できなくなる場合がある。Ｈｖh−Ｈｖsは、より望ましくは８０以上となるように調整するのがよい。
【０１５４】
セラミックセパレータには、その外周面から突出してセパレータ側支持部を形成することができる。該セパレータ側支持部は例えばセラミックセパレータの周方向に沿うフランジ状に形成できる。そして、ケーシングの開口端面部にケーシング側支持部としての緩衝支持部を形成し、これにセパレータ側支持部を当接させる構成とすることができる。これにより、セラミックセパレータは、ケーシングに対しその開口部から挿入するだけで組付けを極めて簡単に行うことができる。
【０１５５】
なお、上記酸素センサの構成においては、ケーシングと同軸的に配置され、各リード線が自身の後方外側に延びることを許容しつつ、セラミックセパレータを外側から覆った状態でケーシングに対し後方側から連結されるカバー部材を設けることができる。この場合、そのカバー部材の内周面の軸方向中間位置に、緩衝支持部とは反対側からセパレータ側支持部に対し当接するカバー側支持部を形成することができる。これにより、該カバー部材は、緩衝支持部を圧縮変形させた状態でケーシングに対し結合されることにより、上記セパレータ固定手段を形成することとなる。このようなカバー部材を設けることにより、セラミックセパレータをより安定的かつ確実に保持・固定することができる。
【０１５６】
なお、上記カバー部材は、ケーシング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、酸素検知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、ケーシングに対し後方側から連結される前記発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１５７】
発明（Ｇ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、その酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、そのケーシング内に配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータと、ケーシングの後方側開口部又はそのケーシングの後方側に同軸的に一体化されて内部が該ケーシングと連通する別の筒状体の開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とケーシング又は別の筒状体の内面との間をシールする弾性シール部材とを備える。セラミックセパレータの軸方向後端面は弾性シール部材の軸方向前端面と密着するとともに、該セラミックセパレータには、これを軸方向に貫通する気通用連通部が形成される。そして、その気通用連通部は上記軸方向において弾性シール部材に近い側の開口部が、当該弾性シール部材によって遮蔽されない位置に形成される。
【０１５８】
該酸素センサの構成においては、気通用連通部の弾性シール部材に近い側の開口部が弾性シール部材によって遮蔽されないので、弾性シール部材がセラミックセパレータに密着配置されるにも拘わらず、該セラミックセパレータの気通連通部における通気が阻害されることがない。
【０１５９】
具体的には、セラミックセパレータには、セパレータ側リード線挿通孔とは別に軸方向の気通用貫通孔を形成でき、またその後端面に、一端が該気通用貫通孔に連通し、他端側がセラミックセパレータの外周面に開放する気通用溝部を形成することができる。この場合、これら気通用貫通孔及び気通用溝部が気通用連通部を形成することとなる。この構成によれば、気通用溝部の他端側の開口部がセラミックセパレータの外周面に開放するので弾性シール部材により遮蔽されず、該気通用溝部及びそれに続く気通用貫通孔における気体の流通を確実なものとすることができる。なお、セラミックセパレータの軸方向中間部において該軸方向と交差する向きに、一端が該セラミックセパレータの外周面に開放し他端側が気通用貫通孔に連通する横方向の貫通孔を形成してもよい。しかしながら、セラミックセパレータを粉末の成形・焼成により製造する場合、上記構成のようにセラミックセパレータの端面上に気通用溝部を形成するほうが、粉末成形体の製造がはるかに容易であり、製造能率が高い利点がある。
【０１６０】
上記酸素センサはより具体的には下記のように構成することができる。すなわち、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、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有する気体導入構造部とを備え、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる気体導入構造部（上記別の筒状体に相当する）を設ける。セラミックセパレータは、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたものとする。弾性シール部材は、フィルタ保持部の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とフィルタ保持部内面との間をシールするものとする。また、セラミックセパレータの後端面は、軸方向において気体導入孔よりも後方側に位置するとともに、弾性シール部材の軸方向前端面と密着する一方、フィルタ保持部内周面とセラミックセパレータの外周面との間には隙間が形成され、気体導入孔からの気体がこの隙間内に供給されるようにする。そして、セラミックセパレータには、該隙間に導入された気体をケーシング内に導くための上記気通用連通部を形成する。
【０１６１】
この構成によれば、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを用いて気体導入構造部を構成することで、ケーシング内に水滴等が侵入することは阻止しつつ、基準ガスとしての外気はケーシング内に十分に導入することができる。この場合、セラミックセパレータの後端面位置を気体導入孔よりも後方側に設定することで、気体導入孔から仮に気体導入構造部内に水滴等が侵入しても、セラミックセパレータが該水滴の進路を妨げる形となるので、ケーシング内へは該水滴等が一層流れ込みにくくなる。一方、気体導入孔から流入した基準ガスは、気通用溝部及び気通用貫通孔を経て支障なくケーシング内へ導入できる。
【０１６２】
次に、酸素検知素子は先端が閉じた中空軸状に形成でき、その中空部内には該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体を配置することができる。この場合、セラミックセパレータには、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための４つのセパレータ側リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができる。また、気通用貫通孔は、セラミックセパレータの中央部において、それら４つのセパレータ側リード線挿通孔により囲まれる領域に形成することができる。さらに、気通用溝部は、セラミックセパレータの後端面において、４つのセパレータ側リード線挿通孔と干渉しない位置に、十字形態で形成することができる。これにより、セラミックセパレータの限られた体積を有効活用して、酸素検知素子及び発熱体からの各リード線の挿通孔、気通用貫通部及び気通用溝部を過不足のない大きさで効率的に配置・形成することができる。
【０１６３】
一方、本発明の酸素センサは次のように構成することができる。すなわち、セラミックセパレータには、その軸方向中間位置においてその外周面から突出するフランジ状のセパレータ側支持部を形成する。該セラミックセパレータは、セパレータ側支持部よりも軸方向前方側に位置する部分をケーシング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においてケーシングの後端面に対し直接又は他部材を介して間接的に当接し、軸方向後方側部分はケーシングの外側に突出させた状態で配置する。また、セラミックセパレータの上記ケーシングからの突出部分は、外側から前述の別の筒状体としてのカバー部材で覆う。そして、セラミックセパレータのフランジ部を軸方向に貫通する形態で、気通用貫通部を１ないし複数形成する。この構成は、フランジ部を利用して気体の流通経路を確保できるので、例えばセラミックセパレータの本体部分に気通用貫通部を形成する余地がない場合に有効である。また、セラミックセパレータの本体部分に気通用貫通部を形成し、さらにフランジ部にも気通用貫通部を形成すれば、気体の流通を一層スムーズに行うことができる。
【０１６４】
具体的には、気通用貫通部は、フランジ部の外周面に対し所定の角度間隔で複数形成された溝部ないし切欠き部とすることができる。これによれば、フランジ部の周方向において偏りなく気体を流通させることができ、しかも焼成前の粉末成形体の形成も容易であり、製造効率が高い。
【０１６５】
なお、上記酸素センサの構成においてカバー部材は、ケーシング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、酸素検知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、ケーシングに対し後方側から連結される発明（Ａ）のフィルタアセンブリとすることができる。
【０１６６】
発明（Ｈ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、該ケーシング内に外気を導入する気体導入構造部とを備える。気体導入構造部は、ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、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有し、フィルタ及び気体導入孔を経て外気をケーシング内に導入させる。また、酸素検知素子の軸方向において後方側がフィルタ保持部の内側に入り込み、同じく前方側がケーシングの内側に入り込むように配置され、酸素検知素子からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔が軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータと、フィルタ保持部の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線を挿通するためのシール側リード線挿通孔を有するとともに、それらリード線外面とフィルタ保持部内面との間をシールする弾性シール部材とを備える。さらに、セラミックセパレータの後端面は、軸方向において気体導入孔よりも後方側に位置するとともに、弾性シール部材とセラミックセパレータとの間には、少なくともリード線の挿通位置において所定量の隙間が形成される。
【０１６７】
上記構成によれば、弾性シール部材とセラミックセパレータとの間に所定量の隙間が形成されるので、例えば両者の間においてリード線挿通孔のピッチ円径に差が生ずる場合でも、その径差が隙間で吸収されてリード線に強い屈曲が生じにくく、ひいてはセンサ組立時等においてリード線の損傷や断線等が起こりにくい。また、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタを用いて気体導入構造部を構成することで、ケーシング内に水滴等が侵入することは阻止しつつ、基準ガスとしての外気はケーシング内に十分に導入することができる。そして、セラミックセパレータは、後端面が気体導入孔よりも後方側に位置するようにフィルタ保持部内に入り込んで配置されるので、気体導入構造部に外部から強い衝撃が加わった場合でも、内側のセラミックセパレータがその衝撃を受ける役割を果たすのでフィルタ保持部は大きな変形を免れ、ひいてはフィルタのシール性が損なわれるといった問題も生じにくくなる。さらに、セラミックセパレータの後端面位置を気体導入孔よりも後方側に設定することで、気体導入孔から仮に気体導入構造部内に水滴等が侵入しても、セラミックセパレータが該水滴の進路を妨げる形となるので、ケーシング内へは該水滴等が一層流れ込みにくくなる。なお、気体導入孔から流入した基準ガスは、気通用溝部及び気通用貫通孔を経て支障なくケーシング内へ導入できる。
【０１６８】
上記構成においてセラミックセパレータには、セパレータ側リード線挿通孔とは別に、前述の隙間側からケーシング内側へ気体を導くための気通用連通部を軸方向に貫通して形成することができる。これにより、フィルタを介して導入された基準ガスとしての外気が、セラミックセパレータの後端面側から気通用連通部を経てケーシング内にスムーズに導かれるので、より安定な酸素センの出力を得ることが可能となる。
【０１６９】
次に、酸素検知素子は先端が閉じた中空軸状に構成することができ、その中空部内には該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体を配置することができる。この場合、セラミックセパレータには、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための３以上のセパレータ側リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（セパレータ側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができ、また、弾性シール部材には、酸素検知素子及び発熱体からのリード線を挿通するための３以上の前記シール側リード線挿通孔を、各々その中心が仮想的な円周経路（シール側ピッチ円）上に位置して配列するように形成することができる。そして、セパレータ側ピッチ円とシール側ピッチ円とは、その一方が他方よりも直径が大きくなるように設定することができる。
【０１７０】
次に、弾性シール部材の前端面には、先端がセラミックセパレータの後端面と当接することにより、隙間の大きさを規定する隙間規定突出部を形成することができる。該構成によれば、弾性シール部材が隙間規定突出部においてセラミックセパレータと当接するので、セラミックセパレータをより安定的に固定することができる。また、形成されるべき隙間量も隙間規定突出部の高さに応じて自動的に定まるので面倒な隙間調整が不要であり、弾性シール部材組み付け後において隙間量が変化したりする心配もない。
【０１７１】
隙間規定突出部は、弾性シール部材の前端面のうち、シール側ピッチ円上に配列したシール側リード線挿通孔よりも内側に位置する領域に形成することができる。この構成では、隙間規定突出部が弾性シール部材の前端面のほぼ中央に形成されるので、セラミックセパレータとの間の安定な当接状態を実現でき、ひいては弾性シール部材の軸方向の位置ずれや傾斜等も生じにくい。この場合、セパレータ側ピッチ円の直径が、シール側ピッチ円の直径よりも大きくなっていれば、セラミックセパレータの後端面に対する隙間規定突出部の当接領域を、セパレータ側リード線挿通孔に取り囲まれた位置に容易に確保できる。
【０１７２】
一方、弾性シール部材の後方側端縁部に、その外周面から外向きに張り出すフランジ部を形成し、該弾性シール部材は、そのフランジ部においてフィルタ保持部の後方側端面と当接することにより、該フィルタ保持部内における自身の前端面の位置、すなわち上記隙間量が規定される構成としてもよい。該構成では隙間形成突出部が弾性シール部材に形成されないので、例えばセパレータ側ピッチ円の直径が小さく、セパレータ側リード線挿通孔に囲まれた領域に隙間形成突出部接触のための十分なスペースが確保できない場合に有効である。
【０１７３】
発明（Ｉ）
この発明の酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体とを備え、該発熱体の発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心していることを特徴とする。ここで、そのような偏心（オフセット）の結果として、発熱体の発熱部の表面が、酸素検知素子の中空部内壁面に接触していることが望ましい。
【０１７４】
発熱体の中心軸線を、上述のように酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心させた場合、その偏心側において酸素検知素子は局所加熱され、当該酸素検知素子の中心軸線回りの加熱状態は不均一なものになると考えられる。そして、このように検知素子を不均一加熱する構成は、従来の常識と照合すれば、酸素検知素子の電気抵抗値が全体として十分低くなるまでに時間がかかり、結果としてセンサの立ち上がり時間を長くするのではないかという懸念が生ずるなど、不都合が極めて多いもののように思われる。ところが、本発明者らは、この一見望ましくないと思われる上記構成の採用により、意外にもセンサの活性化時間は従来と同等であるかあるいは却って短縮されることを見い出したのである。
【０１７５】
そして、発熱部が酸素検知素子と接触する上記横当て構造を例えば採用することで、発熱体の発熱部で発生する熱がその接触に基づき、その発熱部から酸素検知素子へ直接的に熱伝導するとともに、その接触点近傍の輻射熱も酸素検知素子に効果的に作用して、その酸素検知素子を短時間で昇温させることができ、センサ活性化時間が短縮される。また発熱体の発熱部が酸素検知素子の中空部内壁面に側方から接触した構造であれば、発熱部や酸素検知素子の熱膨張が生じても、発熱部の先端を酸素検知素子の先端内面に当てる構造に比べて、その熱膨張の影響を受けにくい。言い換えれば、そのような横当て構造をとることにより、発熱体や酸素検知素子が熱履歴を受けても、両者の接触状態を良好に保ち易くなるのである。
【０１７６】
また、発熱部を側方から酸素検知素子の中空部内壁面に当てるようにすれば、接触による直接的な熱伝導並びに輻射熱の効果により、先端同士で当てる構造よりも全体としての熱伝達効率は高くなる。そして、上記のように、酸素センサにおける酸素検知素子と発熱体の発熱部との接触状態を安定に保証できることにより、酸素検知素子の加熱状態のばらつきが減少し、このことが酸素センサとしての特性のばらつきを減少させる効果につながる。
【０１７７】
上記酸素センサは、酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、酸素検知素子の後端側にこれとほぼ同軸的に配置され、酸素検知素子及び発熱体からの各リード線がそれぞれ挿通される複数のリード線挿通孔がそれぞれ軸方向に貫通して形成されたセラミックセパレータとを備えるものとして構成できる。リード線挿通孔は、セラミックセパレータの中心軸線をとり囲むように配列する。また、セラミックセパレータには、一端が該セラミックセパレータの前端面に開口し、底面が該セラミックセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、内径が前記発熱体の外径よりも大きく設定された発熱体端部収容孔が、各リード線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるようにセラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成され、その発熱体収容孔内に発熱体の後端部が収容される。
【０１７８】
発熱体を上述のように偏心して配置した場合、その後端部はセラミックセパレータの軸線に対して偏心配置される。ここで、該発熱体の後端部を収容する発熱体端部収容孔は、内径が発熱体の外径よりも大きく設定されているため、発熱体の偏心配置に伴う後端部の径方向の移動が一定の範囲内で許容される。すなわち、発熱体を偏心配置した場合に、その後端部がセラミックセパレータの内壁面と干渉することが防止され、偏心量も比較的自由に設定できる利点がある。
【０１７９】
ここで、リード線挿通孔が、各々その中心が仮想的な円周経路（ピッチ円）上に位置して配列するように形成される場合、発熱体端部収容孔の内径ｄ1が、該ピッチ円の直径ｄ2よりも小さく設定するのがよい（すなわちｄ1＜ｄ2）。すなわち、セラミックセパレータの、隣接するリード線挿通孔の間に位置する部分は、リード線を互いに分離する隔壁部として機能するのであるが、発熱体端部収容孔の形成に伴い、該隔壁部は内側から切り欠かれることとなる。ここで、ｄ1≧ｄ2になると隔壁部の径方向の長さが短くなり過ぎ、リード線の分離効果が低下して短絡等の問題につながる場合がある。
【０１８０】
また、リード線挿通孔のピッチ円Ｃ1の直径ｄ2と発熱体端部の外径Ｄとの比ｄ2／Ｄは、１．７〜２．８の範囲で調整することが望ましい。ｄ2／Ｄが１．７未満になると、発熱体の偏心量を十分に確保できず、結果として発熱体の横当り状態が不十分となってセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。また、ｄ2／Ｄが２．８を超えると、リード線の曲がり量が大きくなりすぎ、該リード線に損傷等が生じやすくなる。一方、発熱体端部収容孔は、その深さｈと内径ｄ1との比ｈ／ｄ1を１．２以下に設定するのがよい。例えば、発熱体３を傾斜させて偏心状態を形成する場合、ｈ／ｄ1が１．２を超えると、収容孔の径えｄ1に対して深さｈが相対的に大きくなり過ぎ、発熱体の傾斜量すなわち偏心量を十分に確保できず、同様にセンサ立ち上がり時間の短縮効果が十分に期待できなくなる場合がある。
【０１８１】
なお、酸素検知素子の外面と中空部の内壁面とには、酸素検知素子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）を設けることができる。この場合、酸素検知素子の局所加熱を行っても、センサの立ち上がり時間が従来と同等レベルに維持されるか、あるいは却って短縮される要因としては、次のようなことが考えられる。
【０１８２】
すなわち、該方式の酸素センサでは、例えば酸素検知素子の内側に大気等の基準ガスを導入する一方、外側に排気ガス等の測定対象ガスを接触させ、酸素検知素子の内外の酸素濃度差に基づいて該酸素検知素子に生ずる濃淡電池起電力により、測定対象ガス中の酸素濃度が検出される。この場合、酸素イオン電導性固体電解質により形成された酸素検知素子に十分な濃淡電池起電力が生じるためには、酸素検知素子の電気抵抗値が十分小さくなることのほかに、酸素分子に対する解離ないし再結合反応に対する上記多孔質電極の触媒活性が十分に高められている必要がある。そして、センサの検出出力レベルは、酸素検知素子の電気抵抗値と上記多孔質電極の触媒活性との兼ね合いで決まることとなる。
【０１８３】
ここで、例えばＰｔ等で構成された多孔質電極の触媒活性は、例えばＺｒＯ2系等の固体電解質の酸素イオン移動度よりも温度に対して急激に増大する傾向があるものと推測されている。そして、酸素検知素子が本発明の構成により局所加熱されると、固体電解質の活性化による酸素検知素子の電気抵抗減少は、不均一加熱のため酸素検知素子と発熱体とを同心配置する従来の構成ほどには進まないが、その局所加熱された部分は従来の構成よりも高温まで加熱されるので、当該部分で多孔質電極の触媒活性が高められて被測定ガス中の酸素分子の解離が促進され、その効果により固体電解質の濃淡電池起電力ひいてはセンサの検出出力レベルが補われ、結果としてセンサの立ち上がり時間が従来と同等か、それよりも短縮される効果が達成されるものと推測される。
【０１８４】
次に、発熱体の発熱部が、その外周面の周方向の一部において発熱分布の疎なる発熱疎部分を有する場合に、その発熱疎部分以外の部分において当該発熱体の発熱部を酸素検知素子の中空部内壁面に接触させることができる。例えばセラミックグリーンシートに発熱抵抗パターンを印刷して、これを芯材に丸めて焼成することにより発熱部を形成する場合は、その継ぎ合わせ側で発熱パターンが疎になるため、例えばこれと反対側の発熱部表面を酸素検知素子の中空部内壁面に接触させることができる。つまり、発熱疎部分がその中空部内壁面に接触した場合でも一定の熱伝達の効果はあるが、それより発熱の充分生じる部分を接触させた方がより効果的であるという意味である。また、発熱体の発熱部が周方向に偏在することで、より小さな容積に発熱エネルギーが集中することになり、特にヒーター通電時間後の活性化時間を短縮する上で効果がある。
【０１８５】
また、発熱体の発熱部が発熱体の先端部に偏在していることも酸素検知素子を速やかに加熱する上で有効である。つまり、発熱部を発熱体の全体に広げることもできるが、そうすると熱エネルギーが分散しやすくなる。有効な酸素検知素子の加熱にとっては、むしろ発熱部を発熱体の先端部に偏在させた方が、局部的に発熱し好ましいと言える。このような発熱部の局部的な発熱パターンと、前述の偏心による横当て構造との組合せにより、センサの活性化時間をより短縮することができる。
【０１８６】
さらに、発熱体が端子金具を介して酸素検知素子内に組み付けられるとともに、その端子金具によって発熱体の発熱部を酸素検知素子の中空部内壁面に、押し付けられている構造とすることができる。これによって前述のような横当て構造は一層安定に保証され、センサ特性のばらつき減少の効果はさらに高まる。
【０１８７】
その端子金具の好適な例としては、発熱体を把持する１箇所の発熱体把持部と、その発熱体を周方向に包囲するように形成されて酸素検知素子内側の電極層に接触する少なくとも１箇所の内部電極接続部と、上記内部電極接続部を間に挟んで発熱体把持部の反対側に、発熱体をその発熱体の軸方向と垂直な方向に押すガイド部とを備えたものとすることができる。そして、発熱体把持部とガイド部によって、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して傾斜させられることにより発熱体の発熱部が中空部内壁面（以下、素子内壁面ともいう）に押し付けられ、発熱体が固定されることとなる。これによれば、ガイド部が発熱体を素子内壁面に押し付ける構造であるため、このような端子金具を介して上述の横当て構造を容易に実現することができる。
【０１８８】
また、発熱体に生じる応力に着目した場合、素子内壁面において発熱体に作用する応力と、ガイド部において発熱体に作用する応力と、上記発熱体把持部において発熱体に作用する応力とによって合成される発熱体に作用する曲げモーメントに対して、その発熱体が折れないように上記ガイド部の弾性力を小さくするのがよい。言い換えれば、主にこのガイド部の弾性力により発熱体が素子内壁に押し付けられるわけであるが、この弾性力を適度に調整することにより発熱体の欠損等を防ぎつつ、その積極的な接触形態である押し付け状態を安定に持続できる。
【０１８９】
このようにガイド部の弾性力を小さくする上での具体例としては、そのガイド部と内部電極接続部との間、その内部電極接続部と上記発熱体把持部との間の少なくともいずれかの間を、くびれた形態で連結する連結部を形成することができる。このようなくびれた形態の連結部が存在することにより、結果としてガイド部の弾性力は適度に小さくなり、上述のような発熱体の欠損等を回避する上で有効となる。また、発熱体が熱応力により変形しようとした際に、連結部が適度に弾性変形（あるいは塑性変形）してこれを緩和する効果も併せて期待することができる。
【０１９０】
次に、端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する少なくとも１箇所の内部電極接続部と、発熱体の軸方向において、内部電極接続部の一方の側に隣接してこれと一体的に設けられ、発熱体を周方向に包囲するように形成されてこれを把持する第一発熱体把持部と、発熱体の軸方向において、内部電極接続部の他方の側に隣接してこれと一体的に、かつ中心軸線が第一発熱体把持部の中心軸線から偏心して設けられ、発熱体を周方向に包囲するように形成されてこれを把持する第二発熱体把持部とを備えたものとすることもできる。この場合、中心軸線が互いに偏心した第一発熱体把持部及び第二発熱体把持部によって、発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して傾斜させられることにより、該発熱体の発熱部が中空部の内壁面に押し付けられて当該発熱体が固定されることとなる。これによれば発熱体は、互いに偏心した２つの把持部により傾斜状態で保持されて素子内壁面に押し付けられるので、このような端子金具を介して上述の横当て構造を容易に実現することができる。また、２つの把持部によって発熱体はその傾斜状態をより安定的に保持することができ、発熱部の横当て効果をさらに確実に達成することができる。
【０１９１】
より具体的には、第一発熱体把持部と第二発熱体把持部とを、内部電極接続部の各々対応する端部に対し、前記発熱体の径方向において同じ側の周縁に接続し、その接続部から見て第一発熱体把持部の中心軸線が第二発熱体把持部の中心軸線よりも遠い側に位置するように構成することができる。該構成においては、発熱部が発熱体の先端部に形成されている場合、発熱体はその先端側が上記接続部側に傾いて位置し、当該接続部側において素子内壁面に押し当てられることとなる。例えば、内部電極接続部への接続側とは反対の端部において第一発熱体把持部に対し、酸素検知素子の出力（ないし接地）端子が上記接続部側に対応する位置において突出して形成されている場合、上述のように発熱体を配置することにより、センサの組立時において例えば発熱体の電力供給端子（一般には、発熱体の、発熱部が形成されているのとは反対側の端部に形成される）等と上記出力端子との干渉が生じにくくなり、ひいてはセンサの組立を容易に行うことができる。ただし、これら端子間における干渉等の問題が生じない場合には、第一発熱体把持部の中心軸線を第二発熱体把持部の中心軸線よりも上記接続部に対し近い側に位置させる構成（すなわち、発熱体の傾斜が上記とは逆となる構成）としてもよい。
【０１９２】
また、さらに具体的には、第一発熱体把持部と内部電極接続部とを中心軸線が互いにほぼ一致するように配置し、第二発熱体把持部を、その中心軸線が内部電極接続部の中心軸線に対し、前記接続部側に偏心するように配置する構成とすることができる。すなわち、第一発熱体把持部と内部電極接続部とを同軸的に配置することにより、例えば発熱体の電力供給端子と、酸素検知素子の出力端子ないし接地端子との間に比較的に均等に間隔を形成することができ、ひいては端子間の絶縁不良等のトラブルを減少させることができる。
【０１９３】
なお、本構成においても端子金具には、第一発熱体把持部と内部電極接続部との間及び／又は該内部電極接続部と第二発熱体把持部との間をくびれた形態で連結する連結部を形成することができる。すなわち、発熱体が２つの把持部で把持されていると、発熱体の熱膨張ないし収縮が拘束されやすくなって熱応力が生じやすい傾向にあるが、連結部が弾性変形ないし塑性変形することで熱応力が緩和され、ひいては発熱体の破損等も生じにくくなる。
【０１９４】
この場合、上記連結部のうち、第一発熱体把持部と内部電極接続部との間に形成されたもの（第一連結部）と、内部電極接続部と第二発熱体把持部との間に形成されたもの（第二連結部）とが、それぞれ内部電極接続部の径方向内側に曲げられて段付き部を形成する構成とすることもできる。こうすれば、それら第一連結部及び第二連結部の曲げ量を調整することにより、第一発熱体把持部及び第二発熱体把持部の中心軸線間の偏心量を容易に調整できる利点が新たに生ずる。
【０１９５】
また、端子金具の内部電極接続部及び発熱体把持部の少なくともいずれかに、それら内部電極接続部ないし発熱体把持部の内面から突出して発熱体の外周面に当接するとともに、その発熱体を、発熱部の近傍において該発熱体の中心軸線が該酸素検知素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心した状態で位置決めする位置決め用突出部を形成することもできる。このような位置決め用突出部は、例えば端子金具が板金加工品で構成されている場合は、プレス加工等により簡単に形成できる。また、発熱体の中心軸線の中空部の中心軸線からの偏心量を、位置決め用突出部の内部電極接続部及び／又は発熱体把持部内面からの突出高さに応じて容易に調整できる利点も有する。
【０１９６】
端子金具において位置決め用突出部は発熱体把持部に設けても、内部電極接続部に設けてもいずれでもよい（双方に設けることも可能である）。しかしながら、位置決め用突出部を内部電極接続部に設け、その内部電極接続部に連結する発熱体把持部のうち、いずれか一方を省略する構成とすれば、端子金具の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。また、発熱体が１ケ所の把持部により把持される形としたから、例えば端子金具を装着した発熱体を酸素検知素子の中空部内に挿入してセンサを組み立てる際に、端子金具を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体の折損等を防止することができる。
【０１９７】
なお、上記構成の端子金具において省略すべき発熱体把持部は、発熱体の長手方向におけるいずれの側のものであってもよい。しかしながら、発熱体から遠い側のものを省略する構成、換言すれば端子金具において、発熱体把持部を内部電極接続部に対し発熱体の発熱部に近い側にのみ連結する構成とすれば、発熱体は、センサの出力端子部等を介して外力の影響を受けやすい上記遠い側の把持が解除され、横方向の力を受けてもこれを緩和し易くなって、前述の折損等を防止する効果をさらに高めることができる。なお、より具体的には、位置決め用突出部を内部電極接続部に対し、前記発熱体把持部が連結されているのとは反対側の端部近傍において、該発熱体把持部の内部電極接続部への連結部に対応する位置に形成するようにすれば、発熱体の軸線方向において、位置決め用突出部による支持点（当接点）と発熱体把持部による支持点との間の距離を増すことができ、ひいては端子金具により発熱体をさらに安定的に位置決め支持させることが可能となる。
【０１９８】
また、酸素検知素子の前記中空部に対し、該中空部の中心軸線を含むある仮想的な第一平面と、同じく中空部の中心軸線を含むとともに第一平面と直交する仮想的な第二平面とを設定して、該中空部をそれら第一平面と第二平面とによって４つの領域に分割した場合に、発熱体を、その中心軸線の中空部内に位置する部分の全体が、該中空部の上記４つの領域のいずれかに収まるように配置することができる。該構成は、換言すれば、発熱体の中心軸線の中空部内に位置する部分の全体が、中空部の４つの領域のいずれかに収まるように、上記仮想的な第一及び第二平面がどこかに必ず設定できるということを意味している。
【０１９９】
上記構成によってもたらされる作用・効果について、図３０を用いて説明する。なお、以下においては説明の便宜のため、発熱部（４２）は発熱体（３）の酸素検知素子（２）への挿入側端部に形成されており、酸素検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）はほぼ円筒状面をなすものと考える（ただし、中空部内壁面（２ａ）には、酸素検知素子（２）を固体電解質粉末の成形・焼成により製造する際に、成形時の離型性を高める等の目的で、底部側が縮径するテーパが付与されている場合もある）。まず図３０（ｃ）は、上記仮想的な第一及び第二平面Ｐ1，Ｐ2を如何に設定しようとも、上記平面Ｐ1，Ｐ2で区切られる中空部の４領域のいずれか１つに発熱体（３）の中心軸線Ｏ1を収めるのが不能な場合を示している。すなわち、中心軸線Ｏ1は検知素子（２）の中心軸線Ｏ2に対してかなり傾いて設定されており、結果として該中心軸線Ｏ1は上記４領域の２以上のものに必然的にまたがって位置せざるを得なくなっている。一方、図３０（ａ）は、上記仮想的な第一及び第二平面Ｐ1，Ｐ2を適当に設定することで、４領域のいずれかに発熱体（３）の中心軸線Ｏ1を収めることが可能な場合を示している。この場合、発熱体（３）の中心軸線Ｏ1の検知素子（２）の中心軸線Ｏ2に対する傾斜は、図３０（ｃ）に示す場合と比べて必ず緩くなる。
【０２００】
この両者を比較すれば、図３０（ｃ）に示す構成では、発熱部（４２）の末端側の角部において検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）との距離が短くなり、発熱がこの部分にやや集中する傾向がある。これに対し、同図（ａ）に示す構成は、発熱体（３）の中心軸線Ｏ1の検知素子（２）の中心軸線Ｏ2に対する傾斜が（ｃ）の構成よりも緩やかであることから、発熱部（４２）の側面が検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）に対しほぼ沿う形となり、発熱部（４２）により検知素子（２）の壁部をより均一に加熱することができる。その結果、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待できる。ただし、図３０（ｃ）に示す構成でも、発熱体（３）の中心軸線Ｏ1が検知素子（２）の中心軸線Ｏ2から偏心して位置することに変わりはなく、酸素センサの活性化時間を短縮する上で一定以上の効果が期待できることはいうまでもない。
【０２０１】
この場合、図３０（ｂ）に示すように、発熱体（３）は、該発熱体（３）の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線とほぼ平行となるように中空部内に配置されていれば、発熱部（４２）の側面を検知素子（２）の中空部内壁面（２ａ）に対し沿わせる効果、ひいては検知素子（２）の壁部を均一加熱する効果がさらに顕著に達成される。
【０２０２】
具体的には、発熱体が、該発熱体の中心軸線が酸素検知素子の中空部の中心軸線とほぼ平行となり、かつその中心軸線が、中空部の中心軸線に対して片側に寄るように偏心する構成とすることができる。この場合、発熱体を周方向に包囲するように形成されて記酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向においてその両側に連結され、ぞれぞれ発熱体を把持する１対の発熱体把持部とを有する端子金具を設けることができる。これによれば、２つの把持部によって発熱体をより安定的に保持することができる効果も新たに加わる。
【０２０３】
一方、発熱体を周方向に包囲するように形成され、前記酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において該発熱体の先端に近い側の端部にのみ連結され、発熱体を把持する発熱体把持部とを有する端子金具を設けることもできる。この構成によれば、発熱体は１ケ所の把持部により、軸線と交差する向きにおいて若干の動きの自由度を生じた状態で把持されることとなる。従って、発熱体を端子金具とともに酸素検知素子の中空部内に挿入すると、該発熱体は先端部が酸素検知素子の内壁面との接触するに伴い、これに追従して該内壁面に沿う形で位置決めされ、酸素センサの活性化時間を短縮する上でさらに大きな効果を期待することができる。また、センサを組み立てる際に、端子金具を介した過剰な横方向の力が発熱体に作用しにくくなり、ひいては組立時の発熱体の折損等を防止することができる。さらに、端子金具の発熱体軸線方向における長さを短くでき、ひいては酸素センサの上記軸線方向の長さを減じてこれをコンパクトに構成できるようになる。
【０２０４】
なお、この発明において、前述のような発熱体の上記酸素検知素子に対する偏心配置にかかわらず、発熱体の発熱部の表面が酸素検知素子の中空部内壁面に接触はせず、ごく近接して位置する構成でもよい。このような構成でも、偏心していない場合に比べて、発熱部から酸素検知素子への熱輻射等の効果は高まるため、酸素センサの活性化時間を短縮する上で一定の効果がある。
【０２０５】
この発明の酸素センサにおいては、酸素検知素子の軸断面内側寸法ＤAと発熱体の軸断面外側寸法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−ＤBが０．３５mm以下となっていることが望ましい。ここで、酸素検知素子の軸断面内側寸法及び発熱体の軸断面外側寸法は、酸素検知素子内周面ないし発熱体外周面が円筒状面である場合には、その内径ないし外径を意味するものとする。また、上記内周面及び外周面が円形から外れた軸断面形状を有している場合には、これを同面積の円形断面に換算した場合の内径ないし外径を意味するものとする。さらに、上記軸断面寸法が、その軸方向において一定でない場合（例えばテーパ面状に形成されている場合）は、該軸断面寸法の軸方向における平均値で代表させるものとする。
【０２０６】
ΔＤ＝ＤA−ＤBが０．３５mmを超えると、酸素検知素子の活性化時間、ひいてはセンサ立ち上がり時間が長くなったり、あるいは該立ち上がり時間にセンサ個体間でのばらつきが生じやすくなる場合がある。例えば、発熱部を側方から酸素検知素子の中空部内壁面に当てる場合、ΔＤが大きくなるとその横当て力に個体間ばらつきが生じやすくなることが、その原因として考えられる。なお、ΔＤの値は、より望ましくは０．３０mm以下に設定するのがよい。一方、ΔＤが０．１mm未満になると、発熱体を酸素検知素子の中空部内への挿入が行いにくくなり、発熱体の酸素検知素子に対する組み付け能率を低下させる場合がある。それ故ΔＤは０．１mm以上に設定するのがよく、より望ましくは０．１５mm以上に設定するのがよい。
【０２０７】
また、検知素子の軸断面内側寸法ＤAと発熱体の軸断面外側寸法ＤBとの差ΔＤ＝ＤA−ＤBの、ＤBに対する比ΔＤ／ＤBは、０．１３以下となっていることが望ましい。ΔＤ／ＤBが０．１３を超えると、請求項３と同様にセンサの立ち上がり時間が長くなったり、あるいはそのセンサ個体間でのばらつきが生じやすくなる場合がある。ΔＤ／ＤBは、より望ましくは０．１０以下に設定するのがよい。
【０２０８】
このような構成は、発熱体を１ケ所の把持部のみにより把持する構成に適用した場合に特に有効である。すなわち、ΔＤないしΔＤ／ＤBを上記範囲で調整することにより、酸素検知素子の内壁面との接触に伴い、発熱体の先端部は酸素検知素子の中空部内壁面にさらに沿いやすくなり、酸素センサの活性化時間を短縮する効果が一層高められるのである。
【０２０９】
発明（Ｊ）
この発明の第一に係る酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、端子金具とを備える。該端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において少なくとも一方の側に連結されて前記発熱体を把持する発熱体把持部とを有する。そして、その端子金具の発熱体把持部は、発熱体が自身の内側に挿通される筒状の形態をなし、該発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに弾性変形して、その弾性復帰力により該発熱体を把持するものとされる一方、その軸方向における少なくとも一方の端縁部に、発熱体の挿入をガイドするための発熱体挿入ガイド部が形成される。
【０２１０】
上記酸素センサの構造によれば、発熱体把持部に発熱体挿入ガイド部を設けたから、発熱体を発熱体把持部へ挿通することで端子金具の組付けを行う際に、発熱体の端縁が発熱体把持部の縁部に引っ掛かりにくくなる。これにより、端子金具への発熱体の組付けを容易に行うことができ、ひいては酸素センサの製造能率を高めることができる。
【０２１１】
上記酸素センサにおいては、発熱体把持部に対し、発熱体をその先端側から挿入して組付けを行うことが多い。この場合、発熱体挿入ガイド部は、発熱体把持部に対し、酸素検知素子の先端から遠い側の端縁部に形成しておくことが望ましい。
【０２１２】
次に、発熱体挿入ガイド部は、筒状の発熱体把持部の端縁からその軸方向に切れ込むとともに、その深さ方向において徐々にその幅を縮小する切欠き部として構成することができる。これにより、発熱体の発熱体把持部への挿入をよりスムーズに行うことができる。
【０２１３】
また、この発明の第二に係る酸素センサは下記のように構成されることを特徴とする。すなわち、該酸素センサは、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内外面に電極層を有する酸素検知素子と、該酸素検知素子の中空部内に配置されて該酸素検知素子を加熱する軸状の発熱体と、端子金具とを備える。該端子金具は、発熱体を周方向に包囲するように形成され、酸素検知素子の内側の電極層に接触する内部電極接続部と、その内部電極接続部に対し発熱体の軸方向において少なくとも一方の側に連結されて発熱体を把持する発熱体把持部とを有する。そして、その端子金具の発熱体把持部は、発熱体が自身の内側に挿通される筒状の形態をなし、該発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに弾性変形して、その弾性復帰力により該発熱体を把持するものとされる一方、その軸方向における少なくとも一方の端縁部に、該軸方向に切れ込むとともに、深さ方向において徐々にその幅を縮小する切欠き部が形成される。
【０２１４】
上記酸素センサの構造によれば、発熱体把持部に形成された切欠き部が発熱体の挿入をガイドするための発熱体挿入ガイド部として機能しうる。これにより、発熱体を発熱体把持部へ挿通することで端子金具の組付けを行う際に、発熱体の端縁が発熱体把持部の端縁部に引っ掛かりにくくなる。これにより、端子金具への発熱体の組付けを容易に行うことができ、ひいては酸素センサの製造能率を高めることができる。
【０２１５】
上記酸素センサの第一及び第二の構成においては、筒状の発熱体把持部に、軸方向における一方の端縁から他方の端縁に至るスリットを形成でき、上記切欠き部は、発熱体把持部の該スリットの両側部分を切り欠くことにより形成することができる。上記スリットの形成により、発熱体の挿通に伴い半径方向外向きに発熱体把持部を容易に弾性弾性変形させることができる。また、切欠き部は、発熱体把持部の該スリットの両側部分を、該スリットの中間位置から一方の縁に向けてこれを斜めに切り欠くことによりテーパ状に形成することができる。
【０２１６】
また、上記構成の発熱体把持部を有する端子金具は、次の構成とすることにより容易に製造できる。すなわち、該端子金具は、内部電極接続部となるべき第一の板状部と、発熱体把持部となるべき第二の板状部とが長さ方向において互いに隣接するとともに、各々その幅方向中間部において連結部により互いに連結された金属板部材により形成されるものとする。第一の板状部は、その幅方向両側部分を筒状に曲げ加工することにより内部電極接続部とする。同じく第二の板状部は、その幅方向両側部分を筒状に曲げ加工することにより発熱体把持部とする。ここで、上記幅方向両縁部分は、曲げ加工により互いに対向して上記スリットを形成することとなる。
【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、発熱部と酸素検知素子との接触部付近を拡大して示す断面図。
【図３】図１の要部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】フィルタアセンブリの組立て工程説明図。
【図６】そのかしめ方法の説明図。
【図７】フィルタアセンブリと防護カバーとの間のかしめ部の平面断面図及びその部分拡大図。
【図８】同じくその部分拡大縦断面図。
【図９】防護カバーの前端側を延ばした構成の縦断面図。
【図１０】金属弾性部材の一例を示す図。
【図１１】アセンブリ連結かしめ部の拡大図及びそのＢ−Ｂ及びＣ−Ｃ断面図。
【図１２】アセンブリ連結かしめ部における主かしめ部と補助かしめ部の作用説明図。
【図１３】回転阻止部の変形例を示す平面断面図。
【図１４】図１の酸素センサの組立工程説明図。
【図１５】かしめ装置の概念図。
【図１６】その要部を示す平面模式図。
【図１７】同じく側面断面模式図。
【図１８】セラミックセパレータの説明図。
【図１９】セラミックセパレータをいくつかの変形例とともに示す斜視図。
【図２０】図１９（ｃ）のセラミックセパレータを用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２１】セラミックセパレータにおける発熱体端部収容孔とセパレータ側リード線挿通孔の位置関係を示す説明図。
【図２２】弾性シール部材の説明図。
【図２３】弾性シール部材をいくつかの変形例とともに示す斜視図。
【図２４】図２３（ｂ）の弾性シール部材を用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２５】図２３（ｃ）の弾性シール部材を用いた酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図２６】図１の端子金具を単体状態で示す図。
【図２７】図１の発熱体に端子金具を組み付けたアッセンブリを示す図。
【図２８】図２の要部を概念化して示す部分断面図及び比較例の同様な部分断面図。
【図２９】図１の発熱部の一例を示す図。
【図３０】図１の酸素センサの作用の一部を参照例と比較して説明する概念図。
【図３１】図１の酸素センサの第一の変形例を示す縦断面図。
【図３２】同じく第二の変形例を示す縦断面図。
【図３３】図３２の発熱部近傍を概念化して示す部分断面図。
【図３４】図１の酸素センサの第三の変形例を示す縦断面図。
【図３５】図３４の端子金具を単体状態で示す図。
【図３６】図３５の端子金具を製造するための板状金属部材の一例を示す図。
【図３７】図１の酸素センサの第四の変形例を示す縦断面図。
【図３８】図３７の端子金具を単体状態で示す図。
【図３９】図３７の端子金具の作用を誇張して示す図。
【図４０】図１の酸素センサの第五の変形例を示す縦断面図。
【図４１】図１の酸素センサの第六の変形例を示す縦断面図。
【図４２】緩衝支持部をばね部として形成した例を示す縦断面図。
【図４３】図４２のばね部の製造工程説明図。
【図４４】緩衝支持部を低硬度部として形成した例を示す縦断面図。
【図４５】保持フィルタ保持部をフィルタ保持部の段部にまたがるように形成した例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ 酸素センサ
２ 酸素検知素子
２ａ 中空部内壁面
３ 発熱体
９ 主体金具
１０ ケーシング
１４ 主筒
１４ａ 薄内部
１６ フィルタアセンブリ（カバー部材、気体導入構造部）
１８ セラミックセパレータ
２０，２１，２８，２９ リード線
２７，２７ａ，２７ｂ 発熱体把持部
３０ 連結部
４２ 発熱部
４３ 外層セラミック部
５０ 位置決め用突出部
５１ フィルタ保持部
５２ 気体導入孔
５３ フィルタ
５４ 補助フィルタ保持部
５５ 補助気体導入孔
５６，５７ フィルタかしめ部
５８ 隙間
５９ 凸状部
６０ 段付き部
６１ 第一部分
６２ 第二部分
６３ 凹状部
６４ 防護カバー
６５ 気体滞溜空間
６６，６７ かしめ部（カバー接合部）
６８ 外部連通部
６９ 溝部
７０ 隙間
７１ 前方側開口部
７２ セパレータ側リード線挿通孔（リード線挿通孔）
７３ セパレータ側支持部（フランジ部）
７４ 金属弾性部材
７５ アセンブリ連結かしめ部
７６ 主かしめ部
７７ 補助かしめ部（回転阻止部）
８４ 連結部
９０ 緩衝支持部
９１ シール側リード線挿通孔
９２ 隙間
９３ 気通用連通部
９４ 気通用溝部
９５ 気通用貫通孔
９６ 隙間規定突出部
９７ 気通用連通部
９８ 隙間
９９ フランジ部
１００ 発熱体挿入ガイド部
１０１ スリット
１０２ 発熱体端部収容孔

Claims (5)

1. 軸状をなす酸素検知素子と、該酸素検知素子を収容する筒状のケーシングと、前記ケーシングの後方側にほぼ同軸的に設けられる筒状形態をなすとともに内部が該ケーシングの内部と連通し、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前記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、該フィルタを前記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、前記補助気体導入孔から前記フィルタを経て前記気体導入孔より外気を前記ケーシング内に導入させる気体導入構造部とを備え、前記フィルタは、補助フィルタ保持部の内面に対し少なくとも前記補助気体導入孔の周囲においてこれに密着する一方、前記フィルタ保持部の外面と前記フィルタとの間には、少なくとも前記気体導入孔の周囲において所定量の隙間が形成されてなり、
   前記補助フィルタ保持部は前記フィルタよりも薄肉に形成されるととともに、前記補助フィルタ保持部の前記フィルタかしめ部の間に位置する部分が、前記フィルタとともに外向きに橈んで凸状に膨出する形態をなし、それによって環状の凸状部が形成されていることを特徴とする酸素センサ。
2. 前記補助フィルタ保持部には、前記補助気体導入孔を挟んでその軸方向両側に、前記フィルタを介して該補助フィルタ保持部を前記フィルタ保持部に対して結合するフィルタかしめ部が形成されており、該補助フィルタ保持部のそれらフィルタかしめ部の間に位置する部分は、前記フィルタとともに外向きに橈んで凸状形態をなし、その凸状部の頂部に前記補助気体導入孔が形成されるとともに、前記凸状部の頂部は、少なくとも該補助気体導入孔の周囲において平坦化され、その平坦化された部分において前記補助フィルタ保持部の内面が前記フィルタに対して密着している請求項１記載の酸素センサ。
3. 前記かしめ部に挟まれた部分において、前記補助フィルタ保持部と前記フィルタとは、前記フィルタ保持部の対応する部分よりも大きく外側に橈み、該フィルタ保持部と前記フィルタとの間には、前記補助フィルタ保持部と前記フィルタ保持部との橈み量の差に基づいて前記隙間が形成されている請求項２記載の酸素センサ。
4. 前記気体導入孔及び補助気体導入孔は、それぞれ前記フィルタ保持部及び前記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され、前記フィルタは、前記フィルタ保持部を周方向に取り囲むように配置されるとともに、前記補助フィルタ保持部には、前記補助気体導入孔の列に関してその両側に、自身の周方向に沿って前記かしめ部が環状に形成されており、前記凸状部はそれらかしめ部の間において環状に形成され、前記凸状部の頂部は環状に平坦化され、その平坦化部分に前記複数の補助気体導入孔が形成されている請求項２又は３に記載の酸素センサ。
5. 前記フィルタ保持部には、少なくとも前記気体導入孔の周囲において内向きに凹む凹状部が形成され、その凹状部において前記フィルタとの間に前記隙間が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の酸素センサ。

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