JP4052275B2

JP4052275B2 - ガスセンサ

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Publication number: JP4052275B2
Application number: JP2004112411A
Authority: JP
Inventors: 保幸佐藤; 誠司前田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2024-04-06
Also published as: JP2005300185A

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設置して空燃比などの検出を行い、内燃機関の燃焼制御等に利用されるガスセンサに関する。

自動車エンジンの排気系に設置され、被測定ガス中の酸素濃度やエンジン内の空燃比等を検出するよう構成されたガスセンサが知られている。
そして、上記ガスセンサとして、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するものがある。

かかる構成のガスセンサにおいては、上記大気側絶縁碍子が、上記素子側絶縁碍子に対して傾斜した状態で取り付けられると、上記大気側絶縁碍子がガスセンサ素子に干渉し、該ガスセンサ素子に損傷を与えるおそれがある。
そこで、大気側絶縁碍子が素子側絶縁碍子に対して傾斜した状態で取り付けられることを防止すべく、図１２に示すごとく、素子側絶縁碍子９の基端側端面９０と大気側絶縁碍子８の先端側端面８０とに、互いに嵌合可能な凹部９９と凸部８９とからなる位置決め手段を設けることが提案されている（特許文献１、図１参照）。そして、上記素子側絶縁碍子９と大気側絶縁碍子８とは、互いに押圧された状態で当接されている。

ところが、凹部９９と凸部８９とを嵌合させたとき、図１３に示すごとく、凸部８９の頂面側角部８９１が凹部９９の底面側角部９９１に当接した状態で押圧されると、この当接部分に押圧荷重が集中する。その結果、上記底面側角部９９１付近から素子側絶縁碍子９に割れや亀裂等の損傷９１を与えるおそれがある。
また、同様に、図１４に示すごとく、上記凹部９９の開口側角部９９２が凸部８９の立上側角部８９２に当接した状態で押圧された場合にも、該立上側角部８９２付近から大気側絶縁碍子８に割れや亀裂等の損傷８１を与えるおそれがある。
このような素子側絶縁碍子９又は大気側絶縁碍子８における損傷は、ガスセンサにおける気密性、液密性の低下等の不具合を招く要因となる。

特開２００３−４３００４号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供しようとするものである。

第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は上記凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部に形成された頂面側角部の曲率半径をＲ１とし、該頂面側角部に対向配置される上記凹部に形成された底面側角部の曲率半径をＲ２とし、上記頂面側角部と上記底面側角部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値をａとしたとき、Ｒ１＞Ｒ２−ａの関係を満たすことを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記素子側絶縁碍子の基端側端面と、上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、互いに嵌合可能な凸部と凹部とが形成してある。そのため、上記大気側絶縁碍子が、上記素子側絶縁碍子に対して傾斜した状態で取り付けられることを防ぎ、大気側絶縁碍子の干渉によるガスセンサ素子の損傷を防ぐことができる。

そして、上記頂面側角部の曲率半径Ｒ１と、該頂面側角部に対向配置される上記底面側角部の曲率半径Ｒ２と、上記頂面側角部と底面側角部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値ａとが、Ｒ１＞Ｒ２−ａの関係を満たす。
これにより、凸部と凹部とを嵌合させたとき、上記凸部の頂面側角部が上記凹部の底面側角部に当接しないようにすることができる。そのため、頂面側角部や底面側角部に押圧荷重が集中することを防ぐことができる。それ故、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。

第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は上記凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間に形成された立上側角部の曲率半径をＲ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間に形成された開口側角部の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサにある（請求項３）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とには、上記凸部と上記凹部とが形成してあるため、大気側絶縁碍子が素子側絶縁碍子に対して傾斜した状態で取り付けられることを防ぎ、ガスセンサ素子の損傷を防ぐことができる。

そして、上記立上側角部の曲率半径Ｒ３と、上記開口側角部の曲率半径Ｒ４とが、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たすことにより、凸部と凹部とを嵌合させたとき、上記凹部の開口側角部が上記凸部の立上側角部に当接しないようにすることができる。そのため、立上側角部や開口側角部に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

以上のごとく、第２の発明によれば、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。

第３の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部における頂面側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ１、ガスセンサ軸方向の長さをＱ１とし、上記頂面側角部に対向配置される上記凹部の底面側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ２、ガスセンサ軸方向の長さをＱ２とし、上記頂面側角部と上記底面側角部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値をａとしたとき、Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａの関係を満たすことを特徴とするガスセンサにある（請求項４）。

そして、上記凸部に形成されたテーパ面取部の上記長さＰ１、Ｑ１と、上記凹部に形成されたテーパ面取部の上記長さＰ２、Ｑ２と、上記凸部と凹部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値ａとが、Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａの関係を満たす。
これにより、凸部と凹部とを嵌合させたとき、上記凸部の頂面側角部が上記凹部の底面側角部に当接しないようにすることができる。そのため、頂面側角部や底面側角部に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

以上のごとく、第３の発明によれば、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。

第４の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間の立上側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ３、ガスセンサ軸方向の長さをＱ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間の開口側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ４、ガスセンサ軸方向の長さをＱ４としたとき、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサにある（請求項６）。

そして、上記立上側角部に形成されたテーパ面取部の上記長さＰ３、Ｑ３と、上記開口側角部に形成されたテーパ面取部の上記長さＰ４、Ｑ４とが、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たす。
これにより、凸部と凹部とを嵌合させたとき、上記凹部の開口側角部が上記凸部の立上側角部に当接しないようにすることができる。そのため、立上側角部や開口側角部に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

以上のごとく、第４の発明によれば、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。

上記第１の発明（請求項１）、第２の発明（請求項３）、第３の発明（請求項４）、第４の発明（請求項６）において、上記ガスセンサ素子としては、一般に酸素濃度、ＮＯx濃度、ＨＣ濃度を測定可能な素子を用いることができ、特に内燃機関の排気系で使用する際は、空燃比やλ点等を測定する素子を用いることができる。
また、上記素子側絶縁碍子及び上記大気側絶縁碍子は、セラミックからなるものとすることができる。

次に、第１の発明（請求項１）において、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間に形成された立上側角部の曲率半径をＲ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間に形成された開口側角部の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たすことが好ましい（請求項２）。

即ち、上記第１の発明における「Ｒ１＞Ｒ２−ａ」の関係に加えて、上記「Ｒ３＜Ｒ４」の関係をも満たすことが好ましい。
この場合には、上記凸部の頂面側角部が、上記凹部の底面側角部に当接しないようにすると共に、上記凹部の開口側角部が、上記凸部の立上側角部に当接しないようにすることができる。そのため、頂面側角部、底面側角部、立上側角部、開口側角部に押圧荷重が集中することを防ぐことができる。
それ故、より確実に、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

次に、第３の発明（請求項４）において、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間の立上側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ３、ガスセンサ軸方向の長さをＱ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間の開口側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ４、ガスセンサ軸方向の長さをＱ４としたとき、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たすことが好ましい（請求項５）。

即ち、上記第３の発明における「Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａ」の関係に加え、上記「Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４」の関係をも満たすことが好ましい。
この場合にも、上記凸部の頂面側角部が、上記凹部の底面側角部に当接しないようにすると共に、上記凹部の開口側角部が、上記凸部の立上側角部に当接しないようにすることができる。
それ故、より確実に、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

また、上記凸部は、該凸部に形成された頂面側角部と、上記基端側端面又は上記先端側端面との間に、テーパ状の凸部側面を有し、上記凹部は、該凹部に形成された底面側角部と、上記先端側端面又は上記基端側端面との間に、テーパ状の凹部側面を有し、上記凸部側面が上記ガスセンサ軸方向に対してなす角度θ１と、上記凹部側面が上記ガスセンサ軸方向に対してなす角度θ２とは、θ１＜θ２の関係を有することが好ましい（請求項７）。

この場合には、上記凸部と上記凹部とを嵌合させる際に、上記凸部側面が上記凹部側面を押圧することを防ぐことができる。これにより、上記凹部を押し広げるような力が加わることを防いで、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に割れや亀裂等の損傷が生じることを防ぐことができる。

また、上記角度θ１、θ２は、０°＜θ１＜θ２＜１０°の範囲にあることが好ましい。
θ１＝０°の場合には、素子側絶縁碍子あるいは大気側絶縁碍子を成形する際に、型の抜き勾配が無く、成形後の離型性が低下し、θ１＜０°の場合には、成形後の追加加工が必要となり、生産性が低下する。一方、θ２≧１０°の場合には、凸部を凹部に嵌合させる際に、凸部の頂面側角部が凹部側面に当接した場合、嵌合部側面のすべり抵抗が増大し、素子側絶縁碍子又は大気側絶縁碍子に損傷を与えるおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図８を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子２と、該ガスセンサ素子２が挿通された筒型の素子側絶縁碍子４と、上記ガスセンサ素子２の基端側を覆うように素子側絶縁碍子４の基端側に配置された大気側絶縁碍子３とを有する。

上記素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１には、先端側へ後退した凹部４９が形成されている。上記大気側絶縁碍子３の先端側端面３００には、上記凹部４９と嵌合可能な凸部３９が形成されている。
素子側絶縁碍子４と大気側絶縁碍子３とは、図２、図３に示すごとく、上記凸部３９と上記凹部４９とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面４０１と上記先端側端面３００とにおいて当接されている（図６）。

そして、図２、図３に示すごとく、上記凸部３９に形成された頂面側角部３９１の曲率半径をＲ１とし、該頂面側角部３９１に対向配置される凹部４９に形成された底面側角部４９１の曲率半径をＲ２とし、頂面側角部３９１と底面側角部４９１との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値をａとしたとき、Ｒ１＞Ｒ２−ａの関係を満たす。

また、上記凸部３９と上記先端側端面３００との間に形成された立上側角部３９２の曲率半径をＲ３とし、該立上側角部３９２に対向配置される、上記凹部４９と上記基端側端面４０１との間に形成された開口側角部４９２の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たす。

上記寸法関係につき、以下に具体的に説明する。
上記大気側絶縁碍子３に設けた凸部３９は、略長方形状に形成され、２つの凸部側面３９３と一つの凸部頂面３９４とを有する。そして、上記凸部側面３９３と上記凸部頂面３９４との間に、上記頂面側角部３９１が形成されている。そして、該頂面側角部３９１は曲率半径Ｒ１が約０．３５ｍｍとなるようにＲ面取りされている。
また、上記凸部側面３９３と先端側端面３００との間に形成された立上側角部３９２は、曲率半径Ｒ３が約０．２ｍｍのＲ面となっている。
また、上記凸部３９は、約０．９ｍｍ突出しており、約４ｍｍの幅を有する。

上記素子側絶縁碍子４に設けた凹部４９も、略長方形状に形成され、２つの凹部側面４９３と一つの凹部底面４９４とを有する。そして、上記凹部側面４９３と上記凹部頂面４９４との間に、上記底面側角部４９１が形成されている。そして、該底面側角部４９１は曲率半径Ｒ２が約０．３ｍｍとなるようにＲ面取りされている。即ち、Ｒ２＞Ｒ１である。
また、上記凹部側面４９３と基端側端面４０１との間に形成された開口側角部４９２は、曲率半径Ｒ４が約０．４ｍｍのＲ面となっている。即ち、Ｒ４＞Ｒ３である。

また、上記凹部４９は、約１ｍｍの深さを有しており、約４ｍｍの幅（ただし、凸部３９の幅よりも若干小さい）を有する。
そして、図３に示すごとく、頂面側角部３９１と底面側角部４９１との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値ａは、凸部頂面３９４と凹部底面４９４との間の面間距離と等しく、約０．１ｍｍとなる。
なお、上記の各寸法は一つの例示であり、本発明はこれに限られるものではない。

以下、本例のガスセンサの構成につき、詳細に説明する。
図５、図６に示すごとく、本例のガスセンサ１はハウジング１０と該ハウジング１０の基端側１０１に設けた大気側カバー１２１、１２２と、ハウジング１０の先端側１０２に設けた２重の被測定ガス側カバー１４１、１４２とよりなる。

図１、図２に示すごとく、ハウジング１０にはセンサ素子２が挿入固定されており、センサ素子２の基端側には端子部２２が設けてある。
図５、図６に示すごとく、センサ素子２の基端側は上記大気側カバー１２１内の大気側絶縁碍子３内に、先端側は被測定ガス側カバー１４２内にある。

図示は省略するが、上記センサ素子２は、先端部に設け、外部に露出する被測定ガス側電極とセンサ素子２の内部に設けた大気室に対面する基準電極とを有し、両者はリード部等によってそれぞれ端子部２２（図１、図４参照）に対する電気的導通が確保されている。このため、両電極により得られたセンサ素子２の出力は端子部２２から取出すことができる。
また、本例のセンサ素子２、端子側絶縁碍子３、素子側絶縁碍子４はセラミック製である。

また、端子部２２が設けられた面とは反対側の面に図示を略した２個の端子部がある。この端子部はセンサ素子２に内蔵された通電により発熱する発熱部に対する電気的導通を有し、端子部に対し電力を供給することで発熱部が発熱する。

図５、図６に示すごとく、上記ハウジング１０に対し、大気側カバー１２１が溶接固定されている。大気側カバー１２１の上部には撥水フィルタ１２５を介して別の大気側カバー１２２がかしめ固定されている。
上記ハウジング１０の内部には筒状の素子側絶縁碍子４が配置され、この内部にセンサ素子２が挿通される。センサ素子２と素子側絶縁碍子４との間はガラス封着材１３により封止されている。

図５、図６に示すごとく、上記大気側カバー１２１の内部には大気側絶縁碍子３が配置されている。
そして、該大気側絶縁碍子３と大気側カバー１２１との間には、大気側絶縁碍子３を基端側から先端側へ向かって付勢する皿バネ１７１が配設されている。これにより、大気側絶縁碍子３は、ハウジング１０に固定された素子側絶縁碍子４に押圧された状態で当接している。

また、上記大気側絶縁碍子３の上方（基端側）にはゴムブッシュ１２９が配置されている。
上記ゴムブッシュ１２９には４つのリード線収納穴が設けてあり、各リード線収納穴にはリード線１６１と図示を略した他の２本のリード線が挿通配置されている。
これら４本のリード線は接続金具１５１により、４本の電極取り出しバネ５にそれぞれ接続されている。

図４に示すごとく、上記大気側絶縁碍子３は断面が略四角形状の４つのバネ収納穴３３１を有し、またこれら４つのバネ収納穴３３１は大気側絶縁碍子３の中心軸近傍において素子挿入穴３２０に貫通されている。そして、素子挿入穴３２０にリブ３２１が４つ設けてある。

図７に素子挿入穴３２０にセンサ素子２が挿入された状態を示す。
電極取り出しバネ５がセンサ素子２に当接する面にはセンサ素子２の出力を取出す端子部２２が設けてある。これにより、電極取り出しバネ５を通じてセンサ素子２の出力が外部へ引き出される。また、電極取り出しバネ５がセンサ素子２に当接する面にはセンサ素子２に一体化された発熱部への電力印加用の端子部２２０が設けてある。これにより、電極取り出しバネ５を通じて外部から発熱部に対し電力が印加される。
また、ガスセンサ素子２は、電極取り出しバネ５によるバネの押圧力によって、図７に示すごとく、矢印Ｍの方向に押圧され、拘束される。

そして、大気側絶縁碍子３の先端側端面３００には、図１、図７に示すごとく凸部３９が、素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１には、図１、図８に示すごとく凹部４９が、それぞれ２個ずつ設けてある。この二対の凸部３９及び凹部４９の位置関係は、図７、図８に示すごとく、基端側絶縁碍子３の先端側端面３００及び素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１の中心を挟んで点対称の位置にある。また、上記凸部３９は略直方体形状を有する。

図７に示すごとく、２つの凸部３９間を結ぶ線分は上記矢印Ｍと平行方向であり、凸部３９と凹部４９とが嵌合することにより、矢印Ｎの方向に大気側絶縁碍子３及び素子側絶縁碍子４は拘束される。そして、この凸部３９あるいは凹部４９における、頂面側角部３９１、立上側角部３９２、底面側角部４９１、開口側角部４９２が、上述した条件を満たすＲ面となっている。
なお、図１、図２、図４は、素子側絶縁碍子４と大気側絶縁碍子３とを組み合わせる前の状態を表している。

次に、本例の作用効果につき説明する。
図１に示すごとく、上記素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１と、上記大気側絶縁碍子３の先端側端面３００には、互いに嵌合可能な凹部４９と凸部３９とが形成してある。そのため、上記大気側絶縁碍子３が、上記素子側絶縁碍子４に対して傾斜した状態で取り付けられることを防ぎ、大気側絶縁碍子３の干渉によるガスセンサ素子２の損傷を防ぐことができる。

そして、図２に示すごとく、凸部３９に形成された頂面側角部３９１の曲率半径Ｒ１と、該頂面側角部３９１に対向配置される凹部４９に形成された底面側角部４９１の曲率半径Ｒ２と、頂面側角部３９１と底面側角部４９１との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値ａとが、Ｒ１＞Ｒ２−ａの関係を満たす。
これにより、図３に示すごとく、凸部３９と凹部４９とを嵌合させたとき、凸部３９の頂面側角部３９１が凹部３９の底面側角部４９１に当接しないようにすることができる。そのため、頂面側角部３９１や底面側角部４９１に押圧荷重が集中することを防ぐことができる。それ故、素子側絶縁碍子４又は大気側絶縁碍子３に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

また、上記凸部３９の立上側角部３９２の曲率半径Ｒ３と、上記凹部４９の開口側角部４９２の曲率半径Ｒ４とが、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たす。これにより、図３に示すごとく、凸部３９と凹部４９とを嵌合させたとき、凹部４９の開口側角部４９２が凸部３９の立上側角部３９２に当接しないようにすることができる。そのため、立上側角部３９２や開口側角部４９２に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子４又は大気側絶縁碍子３に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

以上のごとく、本例によれば、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図９に示すごとく、大気側絶縁碍子３の凸部３９における凸部側面３９３と、素子側絶縁碍子４の凹部４９における凹部側面４９３とをテーパ状に形成した例である。
そして、上記凸部側面３９３が上記ガスセンサ軸方向Ｙに対してなす角度θ１と、上記凹部側面４９３が上記ガスセンサ軸方向Ｙに対してなす角度θ２とは、θ１＜θ２の関係を有する。

なお、大気側絶縁碍子３の先端側端面３００、及び素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１は、上記ガスセンサ軸方向Ｙに対して垂直な面を構成している。
また、具体的には、例えば上記角度θ１は約２°であり、上記角度θ２は約４°である。
その他は、実施例１と同様である。

これにより、凸部３９と凹部４９とを嵌合させる際に、凸部側面３９３が凹部側面４９３を押圧することを防ぐことができる。それ故、上記凹部４９を押し広げるような力が加わることを防いで、素子側絶縁碍子４に割れや亀裂等の損傷が生じることを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１０に示すごとく、大気側絶縁碍子３の凸部３９における頂面側角部３９１及び立上側角部３９２、更には、素子側絶縁碍子４の凹部４９における底面側角部４９１及び開口側角部４９２に、それぞれ、テーパ面取部３９６、３９７、４９６、４９７を形成した例である。

そして、上記テーパ面取部３９６、３９７が、Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａの関係を有する。
ここで、図１０に示すごとく、Ｐ１、Ｑ１はそれぞれ、上記テーパ面取部３９６のガスセンサ径方向（図１０の矢印Ｘの方向）、ガスセンサ軸方向（矢印Ｙの方向）の長さである。また、Ｐ２、Ｑ２はそれぞれ、このテーパ面取部３９６に対向配置されるテーパ面取部４９６のガスセンサ径方向、ガスセンサ軸方向の長さである。更に、ａは、頂面側角部３９１と底面側角部４９１との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値である（図３参照）。

また、テーパ面取部４９６、４９７は、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を有する。
ここで、図１０に示すごとく、Ｐ３、Ｑ３はそれぞれ、上記テーパ面取部３９７のガスセンサ径方向（矢印Ｘの方向）の長さ、ガスセンサ軸方向（矢印Ｙの方向）の長さである。また、Ｐ４、Ｑ４はそれぞれ、このテーパ面取部３９７に対向配置されるテーパ面取部４９７のガスセンサ径方向、ガスセンサ軸方向の長さである。

また、具体的には、例えば上記長さＰ１は約０．３ｍｍ、Ｑ１は約０．３ｍｍ、Ｐ２は約０．２ｍｍ、Ｑ２は約０．２ｍｍ、Ｐ３は約０．２ｍｍ、Ｑ３は約０．２ｍｍ、Ｐ４は約０．３ｍｍ、Ｑ４は約０．３ｍｍとすることができる。また、頂面側角部３９１（テーパ面取部３９６）と底面側角部４９１（テーパ面取部４９６）との面間距離の最小値ａは、実施例１と同様に、凸部頂面３９４と凹部底面４９４との間の面間距離と等しく、約０．１ｍｍである。
その他は、実施例１と同様である。

本例においては、上述のごとく、Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａの関係を満たすことにより、凸部３９と凹部４９とを嵌合させたとき、凸部３９の頂面側角部３９１が凹部４９の底面側角部４９１に当接しないようにすることができる。そのため、頂面側角部３９１や底面側角部４９１に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子４又は大気側絶縁碍子３に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。

更に、上述のごとく、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たすことにより、凸部３９と凹部４９とを嵌合させたとき、凹部４９の開口側角部４９２が凸部３９の立上側角部３９２に当接しないようにすることができる。そのため、立上側角部３９２や開口側角部４９２に押圧荷重が集中することを防ぎ、素子側絶縁碍子３又は大気側絶縁碍子４に割れや亀裂等の損傷が生ずることを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１１に示すごとく、大気側絶縁碍子３の先端側端面３００に、凸部側面３９３が一つである凸部３９を２個形成し、素子側絶縁碍子４の基端側端面４０１の対応する部分に、凹部側面４９３が一つである凹部４９を２個形成した例である。
上記一対の凸部３９及び凹部４９は、二対設けてあり、互いの凸部側面３９３、凹部側面４９３は、略平行になるように形成されている。

本例においては、上記凸部３９には、頂面側角部３９１及び立上側角部３９２が一つずつ形成され、上記凹部４９には、底面側角部４９１及び開口側角部４９２が一つずつ形成されている。そして、これらの角部はＲ面となっており、その曲率半径（頂面側角部３９１の曲率半径Ｒ１、底面側角部４９１の曲率半径Ｒ２、立上側角部３９２の曲率半径Ｒ３、開口側角部４９２の曲率半径Ｒ４）は、実施例１に示した「Ｒ１＞Ｒ２−ａ、Ｒ３＜Ｒ４」の関係を満たす。また、上記凸部側面３９３及び凹部側面４９３も、実施例２に示した「θ１＜θ２」の関係を満たす。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、ガスセンサ素子、素子側絶縁碍子、及び大気側絶縁碍子に損傷が生じ難いガスセンサを提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、実施例１〜４においては、凸部３９及び凹部４９が、それぞれストレート状の凸部側面３９３及び凹部側面４９３を有するものを開示したが、例えば、実施例１に示した頂面角部３９１と立上角部３９２とにおけるＲ面が連続形成されることにより、ストレート状の凸部側面３９３が存在しないものもある。同様に、ストレート状の凹部側面４９３が存在しないものもある。
更に、実施例１において、凸部３９における２つの頂面側角部３９１のＲ面が連続形成されることにより、平面状の凸部頂面３９４が存在しないものもある。同様に、平面状の凹部底面４９４が存在しないものもある。

また、実施例１〜４においては、凸部３９を大気側絶縁碍子３に設け、凹部４９を素子側絶縁碍子４に設けたものを示したが、凸部を素子側絶縁碍子４に設け、凹部を大気側絶縁碍子３に設けてもよい。
また、実施例１〜４においては、凸部３９及び凹部４９を二対設けたものを示したが、一対であってもよいし、三対以上であってもよい。

実施例１における、大気側絶縁碍子、素子側絶縁碍子、及びガスセンサ素子の斜視図。実施例１における、凸部と凹部の説明図。実施例１における、互いに嵌合した状態の凸部と凹部の説明図。実施例１における、（ａ）大気側絶縁碍子の断面説明図、（ｂ）ガスセンサ素子を挿通した素子側絶縁碍子の説明図。実施例１における、ガスセンサの断面説明図。図５のＡ−Ａ線矢視断面図。実施例１における、大気側絶縁碍子、金属取り出しバネ及びガスセンサ素子の先端側端面から見た平面図。実施例１における、ガスセンサ素子を挿通した素子側絶縁碍子の基端側端面からみた平面図。実施例２における、凸部と凹部の説明図。実施例３における、凸部と凹部の説明図。実施例４における、（ａ）大気側絶縁碍子の側面図、（ｂ）先端側端面の平面図、（ｃ）素子側絶縁碍子の基端側端面の平面図、（ｄ）ガスセンサ素子が挿通された素子側絶縁碍子の側面図。従来例における、大気側絶縁碍子に設けた凸部と、素子側絶縁碍子に設けた凹部の説明図。従来例における、凸部の頂面側角部が凹部の底面側角部に当接した状態を示す説明図。従来例における、凹部の開口側角部が凸部の立上側角部に当接した状態を示す説明図。

符号の説明

１ガスセンサ
２ガスセンサ素子
３大気側絶縁碍子
３００先端側端面
３９凸部
３９１頂面側角部
３９２立上側角部
３９３凸部側面
３９４凸部頂面
４素子側絶縁碍子
４０１基端側端面
４９凹部
４９１底面側角部
４９２開口側角部
４９３凹部側面
４９４凹部底面

Claims

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は上記凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部に形成された頂面側角部の曲率半径をＲ１とし、該頂面側角部に対向配置される上記凹部に形成された底面側角部の曲率半径をＲ２とし、上記頂面側角部と上記底面側角部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値をａとしたとき、Ｒ１＞Ｒ２−ａの関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項１において、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間に形成された立上側角部の曲率半径をＲ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間に形成された開口側角部の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は上記凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間に形成された立上側角部の曲率半径をＲ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間に形成された開口側角部の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ３＜Ｒ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部における頂面側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ１、ガスセンサ軸方向の長さをＱ１とし、上記頂面側角部に対向配置される上記凹部の底面側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ２、ガスセンサ軸方向の長さをＱ２とし、上記頂面側角部と上記底面側角部との間のガスセンサ軸方向面間距離の最小値をａとしたとき、Ｐ１＞Ｐ２、及びＱ１＞Ｑ２−ａの関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項４において、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間の立上側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ３、ガスセンサ軸方向の長さをＱ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間の開口側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ４、ガスセンサ軸方向の長さをＱ４としたとき、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子が挿通された筒型の素子側絶縁碍子と、上記ガスセンサ素子の基端側を覆うように素子側絶縁碍子の基端側に配置された大気側絶縁碍子とを有するガスセンサであって、
上記素子側絶縁碍子の基端側端面には、基端側へ突出した凸部又は先端側へ後退した凹部が形成され、
上記大気側絶縁碍子の先端側端面には、上記凸部又は凹部と嵌合可能な凹部又は凸部が形成され、
上記素子側絶縁碍子と上記大気側絶縁碍子とは、上記凸部と上記凹部とを互いに嵌合させると共に、互いに押圧された状態で上記基端側端面と上記先端側端面とにおいて当接されており、
かつ、上記凸部と上記基端側端面又は上記先端側端面との間の立上側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ３、ガスセンサ軸方向の長さをＱ３とし、該立上側角部に対向配置される、上記凹部と上記先端側端面又は上記基端側端面との間の開口側角部に形成されたテーパ面取部のガスセンサ径方向の長さをＰ４、ガスセンサ軸方向の長さをＱ４としたとき、Ｐ３＜Ｐ４、及びＱ３＜Ｑ４の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項１〜６のいずれか一項において、上記凸部は、該凸部に形成された頂面側角部と、上記基端側端面又は上記先端側端面との間に、テーパ状の凸部側面を有し、上記凹部は、該凹部に形成された底面側角部と、上記先端側端面又は上記基端側端面との間に、テーパ状の凹部側面を有し、上記凸部側面が上記ガスセンサ軸方向に対してなす角度θ１と、上記凹部側面が上記ガスセンサ軸方向に対してなす角度θ２とは、θ１＜θ２の関係を有することを特徴とするガスセンサ。