JP4312949B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気管等に装着されると共に、先端側が被測定ガスに向けられる検出素子を備えることにより、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被測定ガス（混合ガス）から特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯｘセンサ等種々のものが知られている。
【０００３】
この種のガスセンサは、軸線方向に延びる筒状ないし板状に形成された固体電解質部材の第１面および第２面にそれぞれ電極（測定電極、基準電極）が形成されると共に、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出する検出素子を、主体金具とその主体金具と接続される外筒の内側に配置した構造のものが知られている。そして、ガスセンサでは、例えば、検出素子の測定電極が形成された第１面を被測定ガス中に晒すと共に、基準電極が形成された第２面に基準ガスとしての大気を導入し、第１面と第２面との間にて生ずる特定ガス成分の濃度差に応じた起電力を電気信号として、検出素子と電気的に接続される端子金具、さらにはリード線を介して外筒の外部に出力し、特定ガス成分の濃度を検出している。
【０００４】
このため、ガスセンサでは、検出素子を被測定ガスに触れさせると共に、基準ガスとしての大気に触れさせることができるように構成されている。具体的にこの種のガスセンサでは、軸状の検出素子を内側に配する外筒の後端に形成された嵌合用開口部の内側にシール部材を嵌入し、外筒内部への防水を図っており、そのシール部材に、外筒の内側と外部との間における気体流路となる通気孔を形成したものが提案されている。そして、このような通気孔を有するシール部材においては、通気性および撥水性を有するシート状のフィルタにより通気孔を閉塞することで、外筒の内側に水などの異物が侵入するのを防ぎつつ、基準ガスとしての大気を検出素子の基準電極が形成された第２面に触れさせるように内側に導入するよう構成されている。
【０００５】
フィルタによりシール部材に形成された通気孔を閉塞するには、例えば、図４（ａ）に示すような筒状挿入部材６４を用いており、この筒状挿入部材６４は、軸方向両端が開口するとともに通気孔に嵌挿可能な円筒形状に形成されている。そして、例えば、シール部材１７の径方向中央に形成された通気孔５８を撥水性フィルタ６２（以下、「フィルタ６２」ともいう）によって閉塞する場合には、筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃが撥水性フィルタ６２で閉塞される状態で、筒状挿入部材６４の外周面６４ｄと通気孔５８の内周面５８ｂとの間で撥水性フィルタ６２を挟持する。この結果、通気孔５８は撥水性フィルタ６２によって閉塞されるのである。
【０００６】
このように構成されたガスセンサにおいては、基準ガスとしての大気が、撥水性フィルタ６２を通過したあと、筒状挿入部材６４の内部６４ａを通過して外筒の内部、すなわち、検出素子（図示省略）の基準電極が形成された第２面に導入される。
【０００７】
なお、シール部材１７は、後述する図１に示すガスセンサ（酸素センサ１）の外筒１６の嵌合用開口部４７の内側に設けられるものであり、外筒の内外間で気体を換気させるための通気孔５８のほかに、検出素子２の第１面と第２面との間にて生ずる起電力を電気信号として外筒１６の外部に出力する等のリード線２０，２１を夫々通過させる複数の挿通孔６０を備えている。
【０００８】
また、筒状挿入部材６４の両開口端のうち、後端開口部６４ｃとは軸方向反対側の開口端（図４（ａ）における下方）の外周には、鍔部６４ｂが形成されている。そして、筒状挿入部材６４が後端開口部６４ｃ側から通気孔５８に挿入されると、鍔部６４ｂは通気孔５８の先端側の開口縁部５８ａ（図４（ｂ）参照）にて係止されることになり、その結果、通気孔５８の内部における筒状挿入部材６４および撥水性フィルタ６２の位置決めがなされる。
【０００９】
そして、図４（ｂ）に、撥水性フィルタ６２の内側が筒状挿入部材６４により支持されることで通気孔５８が閉塞された状態のシール部材１７の断面図を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように軸方向両端が開口した筒状挿入部材６４を用いて撥水性フィルタ６２の内側を支持した状態で、この筒状挿入部材６４をシール部材１７に形成された通気孔５８に配置する構成のガスセンサにおいては、撥水性フィルタ６２を通過した水蒸気がガスセンサ（外筒）の内部で結露し、この結露により発生した水滴がガスセンサに悪影響を及ぼす虞がある。例えば、水滴によって、外筒の内部に備えられる端子金具間の絶縁性を低下させてしまうこと等である。
【００１１】
つまり、検出素子から出力される電気信号を取り出すための信号経路は、１種類の信号を出力するためには、少なくとも２本（一対）必要となり、また、ヒータを備える検出素子については、さらにヒータへの通電用の電流経路が必要となるため、ガスセンサ（外筒）の内部には複数の端子金具が備えられる。これら複数の端子金具間の絶縁性が、撥水性フィルタ６２を通過した水蒸気の結露により発生する水滴によって低下してしまうと、ガスセンサとして正常な信号を出力することが不可能となってしまう。
【００１２】
また、端子金具は、導電性を有する金属製材料で形成されることが通常であることから、水滴により腐食される虞もある。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、外筒（筒状カバー）の嵌合用開口部の内側に嵌入されるシール部材に形成された通気孔を閉塞するフィルタを、筒状挿入部材により固定（支持）するガスセンサにおいて、通気性を維持しつつ、ガスセンサ内部での結露で発生した水滴が原因となる端子金具間の絶縁性の低下や端子金具の腐食などが発生し難いガスセンサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、前方側が測定対象となるガスに向けられる軸状の検出素子と、内側に検出素子を配置し、少なくとも後端に開口した嵌合用開口部を有する筒状カバーと、筒状カバーの嵌合用開口部に嵌入されるとともに、筒状カバーの内側と外部との間における気体の流通経路となる通気孔が形成されるシール部材と、通気性および撥水性を有し、通気孔を塞ぐためのフィルタと、軸方向両端に開口部を有するとともにシール部材の通気孔に嵌挿可能な筒形状に形成され、後端側に位置する後端開口部が前記ルタで閉塞される筒状挿入部材と、を備えたガスセンサであって、一方の端部に開口した導入用開口部を有し、この導入用開口部の軸方向反対側の端部に閉塞する底部を有すると共に、底部と底部に連結する側壁部とにより緩衝用空間を形成し、この緩衝用空間に外部からの気体を導入可能に形成された緩衝用空間形成部材が、筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するフィルタより前方側に位置し、かつ筒状部材と接続する形で設けられており、緩衝用空間形成部材の側壁部には、緩衝用空間と筒状カバーの内側との間における気体の流通経路となる内部通気孔が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
そして、このガスセンサは、緩衝用空間形成部材を筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するフィルタよりも前方側に位置し、かつ、筒状挿入部材に接続する形で設けてなる。
このガスセンサにおいては、シール部材に形成された通気孔を塞ぐフィルタを通過した気体は、筒状カバーの内部に直接導入されるのではなく、フィルタより前方側に位置する緩衝用空間形成部材の底部と側壁部とにより形成される緩衝用空間を経由し、その緩衝用空間形成部材に形成される内部通気孔を通過して筒状カバーの内部に導入される。そのため、気体の透過は許容し、水滴などの水を主体とする液体の透過は阻止する性質のフィルタにてシール部材の通気孔を塞ぐガスセンサでは、水蒸気がフィルタを通過し、ガスセンサ（筒状カバー）の内側に導入されることがあるが、フィルタを通過した水蒸気は、まずは緩衝用空間形成部材に形成される緩衝用空間に導入されることになり、よって、この水蒸気が結露することで発生する水滴は、緩衝用空間に蓄積される。これにより、シール部材の通気孔を塞ぐフィルタを通過した水蒸気が結露して発生する水滴は、筒状カバーの内側に侵入し難くなり、この筒状カバーの内側に配置された端子金具等に水滴が付着することが起こり難くなる。
【００１５】
また、通常の気体は、フィルタを通過して緩衝用空間形成部材にて形成される緩衝用空間に導入された後、緩衝用空間形成部材に設けられた内部通気孔を通じて筒状カバーの内側に導入されることから、通気孔を通じてのガスセンサの通気性は維持される。
【００１６】
よって、本発明（請求項１）のガスセンサによれば、水蒸気がシール部材の通気孔を通過し、その水蒸気がガスセンサの内部で結露により水滴となった場合にも、緩衝用空間形成部材による緩衝用空間が筒状カバー内への侵入を阻止し、水滴が原因となる端子金具等への水滴の付着が発生し難いため、複数の端子金具間の絶縁性の低下や端子金具の腐食などの発生を抑制することができる。また、この緩衝用空間形成部材は、底部とともに緩衝用空間を形成する側壁部に設けられる内部通気孔を通じての通気性を、水滴の侵入を阻止しつつ良好に維持することができるため、基準ガスとしての大気をガスセンサ（筒状カバー）の内部に導入する機能を維持することができる。
【００１７】
なお、緩衝用空間と筒状カバーの内側との間における気体の流通経路として緩衝用空間形成部材に設けられる内部通気孔は、より多くの水滴を緩衝用空間に蓄積可能とするためには、緩衝用空間を形成する底部と側壁部において、側壁部のうち、より底部から離れた位置に設けることが望ましい。また、緩衝用空間に蓄積された水滴は、例えば、検出素子を活性化状態に維持するためのヒータが発する熱により再び水蒸気に状態変化して外部に蒸発する。
【００１８】
そして、緩衝用空間形成部材としては種々の形状が考えられるが、例えば、請求項２に記載のように、緩衝用空間形成部材は、側壁部から外側に向けて延設された鍔部が形成され、この鍔部が筒状挿入部材と接続するように構成するとよい。
【００１９】
このように、緩衝用空間形成部材に、側壁部から延設された鍔部を設けて、この鍔部を筒状挿入部材の開口端のいずれかに当接させることにより、緩衝用空間形成部材と筒状挿入部材とを接続することができる。そして、鍔部と筒状挿入部材の開口端とを、接着、ロウ付けあるいは溶接などにより固着することで、緩衝用空間形成部材を、気体の流通経路となる通気孔に配置することが出来る。
【００２０】
また、筒状挿入部材の前方側の開口部に鍔部を当接させる場合には、緩衝用空間のうち、筒状カバーの内側に配置される部分の体積を小さくすることが望ましい。つまり、緩衝用空間のうち、筒状カバーの内側に配置される部分の体積が小さくなるように鍔部を形成することで、筒状カバーの内側の空間を有効に利用することができ、ガスセンサの小型化を図ることが可能となる。
【００２１】
よって、本発明（請求項２）のガスセンサによれば、緩衝用空間形成部材に鍔部を設けることで、筒状挿入部材と緩衝用空間形成部材との接続を容易に行うことができるとともに、容易に緩衝用空間を通気孔に配置することができる。これにより、筒状カバーの内側に水滴などが侵入し難くなり、端子金具等への水滴の付着が発生し難くなるため、複数の端子金具間の絶縁性の低下や端子金具の腐食などの発生を抑制することができる。
【００２２】
また、上述のガスセンサにおいては、請求項３に記載のように、筒状挿入部材と緩衝用空間形成部材とが、一体に連結して形成されているとよい。
このように緩衝用空間形成部材と筒状挿入部材とを一体に連結して形成することで、緩衝用空間形成部材が筒状挿入部材の所定の接続位置から位置ズレを起こすことを確実に防止することができ、緩衝用空間形成部材および筒状挿入部材をフィルタで覆う際の作業の煩雑さを解消でき、また、緩衝用空間形成部材および筒状挿入部材の通気孔への挿入時等に、不適切な位置に配置された緩衝用空間形成部材によってフィルタが破損してしまうのを防ぐことができる。
【００２３】
さらに、緩衝用空間形成部材と筒状挿入部材とを一体に形成することで、緩衝用空間形成部材と筒状挿入部材とを積層、接合あるいは嵌合する作業を省略できるため、ガスセンサの製造工程を簡略化することができ、ガスセンサの製造コストを抑制することができる。
【００２４】
そして、上述（請求項１から請求項３のいずれか）のガスセンサにおいて、筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するフィルタを設けるにあたっては、例えば、筒状挿入部材の後端開口部上に緩衝用空間形成部材を配置した後、筒状挿入部材の後端開口部の周囲開口端における外径寸法と略同寸の板状のフィルタを準備し、適当な接着剤や溶着などによってフィルタを筒状挿入部材の上記周囲開口端に接合して設けても良い。そして、その他に筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するフィルタを設けるにあたっては、請求項４に記載のように、フィルタは、筒状挿入部材の外周面とシール部材の内周面との間にて挟持されることにより、筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するよう筒状挿入部材に支持されるようにするとよい。
【００２５】
かかる構成によれば、シール部材の内周面と筒状挿入部材の外周面との間にてフィルタが挟持されつつ、筒状挿入部材の後端開口部が閉塞される状態となるので、フィルタの固定が確実なものとなり、また筒状挿入部材等への接合作業等を簡略化することができる。また、シール部材の内周面と筒状挿入部材の外周面との間にてフィルタが挟持されることで、シール部材の内周面と筒状挿入部材の外周面との間のシール性が良好に確保され、防水性を高めることが出来る。
【００２６】
さらに、かかる構成では、例えば、フィルタを予め緩衝用空間形成部材が形成された筒状挿入部材に支持（固定）させた後に、その組立体をシール部材の通気孔に挿入するという手順により、通気孔へのフィルタの配設を行うことが出来る。このため、例えば、フィルタで筒状挿入部材の後端開口部を確実に閉塞した状態になっているか否かを、組立の早い段階で確認することができるため、不良品の発生頻度を低減することができ、製造コストの抑制を図ることが出来る。
【００２７】
そして、上述（請求項１から請求項４のいずれか）のガスセンサは、請求項５に記載のように、検出素子が、酸素イオン伝導性固体電解質体の第１面および第２面に電極が形成され、この第１面および第２面が接するそれぞれの空間中の酸素濃度の差に応じた電気信号を電極間に発生する酸素検出素子であり、この酸素検出素子が、第１面が被測定ガスに晒され、第２面が基準ガスに晒される状態で前記筒状カバーの内側に配置され、外部から通気孔、緩衝用空間形成部材に形成される内部通気孔を通じて筒状カバーの内側に基準ガスを導入して、酸素検出素子の第２面に対して基準ガスを供給するように、構成されていると良い。
【００２８】
つまり、ガスセンサには多くの種類があるが、そのうち、酸素イオン伝導性固体電解質体からなる酸素検出素子を備えたガスセンサである酸素センサは、酸素検出素子を基準ガスと被測定ガスに接触させることで、特定ガスである酸素を検出している。このようなガスセンサは、内部に基準ガスを導入する必要があり、基準ガスを導入するための通気孔を備えている。そして、一般に、通気孔には、外部から水などの異物が侵入するのを防ぐために、通気性および撥水性を有するフィルタが備えられる。しかし、前述したように、フィルタを透過した水蒸気が結露してガスセンサの内部に水滴が発生することがあり、この水滴によって酸素検出素子に接続される端子金具が腐食したり、端子金具間の絶縁性が低下することがある。
【００２９】
そして、このように酸素検出素子を備えたガスセンサは、自動車などに搭載される内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するために利用されることが多く、自動車の排気管に装着される場合、雨天時の雨水や洗車時の水などの影響によって、比較的湿度の高い外気がガスセンサの内部に導入される傾向がある。
【００３０】
そのため、請求項５に記載のように、酸素検出素子を備えたガスセンサが、上述（請求項１から請求項４のいずれか）のガスセンサと同様に緩衝用空間形成部材を備えて構成されることにより、内部での結露による水滴の発生を効果的に抑制することができる。
【００３１】
したがって、請求項５に記載のガスセンサによれば、湿度の高い外気が導入され易いガスセンサにおいて、端子金具等への水滴の付着が発生し難くなるため、複数の端子金具間の絶縁性の低下や端子金具の腐食などの発生を抑制することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用した実施例であるガスセンサを図面と共に説明する。なお、本実施例では、ガスセンサの一種であり、内燃機関の排気管等に装着される酸素センサについて説明する。図１は、本実施例の酸素センサ１の全体構成を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように、酸素センサ１は、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先端部が閉じた中空軸状に形成された検出素子２、検出素子２の内部に配置された軸状のセラミックヒータ３、検出素子２を収容するケーシング１０などから構成されている。なお、以下の説明において、検出素子２の軸方向先端部に向かう側（閉じている側）を「先端側（前方側）」と称し、これと反対側に向かう側を「後端側（後方側）」と称する。
【００３４】
この検出素子２は、その軸方向における中央部付近の外周にて、絶縁性セラミックで形成されたセラミックホルダ６，７と、タルクから形成されたセラミック粉末８とを介して、電気的に絶縁された状態で金属製のケーシング１０の内部に保持されている。検出素子２の内面（第２面）及び外面（第１面）には、そのほぼ全面を覆うように、白金（Ｐｔ）からなる一対の多孔質電極層（内側電極２ａ（基準電極２ａ）、外側電極２ｂ（測定電極２ｂ））が設けられている。
【００３５】
また、ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に固定すると共に、セラミックホルダ６，７及びセラミック粉末８を内部に収容し、検出素子２の閉じた先端部を排気管等の内部に突出させる主体金具９と、検出素子２を内側に配する形態で主体金具９の後方側（図１における上方）に接続され、後端にて開口する嵌合用開口部４７から検出素子２の内面に大気を導入する外筒１６と、から構成されている。
【００３６】
そして、主体金具９は、取り付け用のネジ部９ｂが外周に形成されると共に、先端部（図１における下方端部）が縮径して形成されており、この縮径した先端部の内面で、セラミックホルダ６，７およびセラミック粉末８を下方から支持している。また、主体金具９の先端部の外周には、検出素子２の先端側を一定の空間を隔てて覆うようにプロテクタ１１が取り付けられ、プロテクタ１１には、その内部に排ガスを導入するための複数のガス透過口１２が形成されている。
【００３７】
さらに、主体金具９は、その後端部９ａ（図１における上方端部）の内側にリング５が配置された状態で、後端部９ａを内側方向に加締めることにより、後端部９ａがリング５を介してセラミックホルダ６，７およびセラミック粉末８を上方から固定している。そして、主体金具９の後方側の外周には、外筒１６が検出素子２の周囲を取り巻くような形態で、外筒１６の先端開口部（図１における下方端部）が嵌合、レーザー溶接などにより固定されている。
【００３８】
次に、外筒１６のうち、嵌合用開口部４７の内側には、フッ素ゴムやシリコンゴムといった弾性体で構成された円柱形状のシール部材１７が嵌入されている。なお、シール部材１７は、外筒１６のうち外側から内側に加締められ、固定されている。
【００３９】
また、外筒１６の内部のうち、シール部材１７の前方側に隣接する部分には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ１８が内挿されている。このセパレータ１８は、後端部（図１における上方端部）の周方向に対して断続的に外向きに突出する鍔部１８ａが設けられており、外筒１６のうち外側から内側に向けて突出する形態で形成されたセパレータ支持部１６ａに、鍔部１８ａの先端面が係止される態様で、外筒１６の内部に保持されている。なお、セパレータ１８は、シール部材１７よりも先に、外筒１６の内部に挿入される。
【００４０】
そして、このシール部材１７およびセパレータ１８を貫通するように、検出素子２の電極に夫々接続されるリード線２０，２１と、セラミックヒータ３に接続される一対のリード線（図１では図示省略）とが配置されている。
このうちリード線２０は、コネクタ部２４、引出し線部２５および内部電極接続部２６で構成される端子金具２３を介して、検出素子２の内側電極２ａと電気的に接続されている。他方のリード線２１は、コネクタ部３４、引出し線部３５および外部電極接続部３６で構成される端子金具３３を介して、検出素子２の外側電極２ｂと電気的に接続されている。
【００４１】
また、セラミックヒータ３に通電するための一対のヒータ端子部４０が、セラミックヒータ３の先端面から開口する有底状の収容穴内に配置され、このヒータ端子部４０を介して、セラミックヒータ３の内部に埋設された図示しない発熱用抵抗回路に通電が行われる。なお、セラミックヒータ３は、端子金具２３の内部電極接続部２６の内側に配置される形態で、検出素子２の中空部内に臨んでいる。
【００４２】
次に、酸素センサ１における外筒１６の内部空間の換気は、シール部材１７の径方向略中央に設けられた通気孔５８を介して行われており、通気孔５８には通気性および撥水性を有する撥水性フィルタ６２が配置されている。そして、通気孔５８を閉塞する形態で配置された撥水性フィルタ６２を介して導入された基準ガスとなる大気は、セパレータ１８の後端面に設けられた溝に沿って左右に分流し、その各々がセパレータ１８に設けられた上記リード線２０，２１用の挿通孔を通り、外筒１６の内部に配置された検出素子２の内面（つまり、内側電極２ａ）に送り込まれる。
【００４３】
以下、通気孔５８に対する撥水性フィルタ６２の取付構造について、図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）は、シール部材１７，撥水性フィルタ６２，緩衝用空間形成部材６６および筒状挿入部材６４の分解斜視図であり、図２（ｂ）は、撥水性フィルタ６２，緩衝用空間形成部材６６および筒状挿入部材６４が通気孔５８の内部に配置された状態のシール部材１７の断面図である。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、シール部材１７は、外観が円柱形状に形成されており、円形断面の中心部分をシール部材１７の軸方向に貫通する通気孔５８と、通気孔５８を中心とする同心円上に等間隔に配置されたシール部材１７を貫通する４個の挿通孔６０が、設けられている。このうち、通気孔５８は、外部から酸素センサ１の内部に気体を導入するために備えられており、また、挿通孔６０は、酸素センサ１の内部から外部に引き出すべきリード線（即ち、検出素子２用のリード線２０，２１およびセラミックヒータ３用のリード線）を夫々挿通するために備えられている。また、通気孔５８の内部には、撥水性フィルタ６２、筒状挿入部材６４および緩衝用空間形成部材６６が配置される。
【００４５】
そして、筒状挿入部材６４は、軸方向両端が開口するとともに、通気孔５８の内部に嵌挿可能な外径寸法を有する筒状に形成されており、また、先端部の全周にわたり外向きに突出する鍔部６４ｂが設けられている。
また、緩衝用空間形成部材６６は、一方の端部に開口した導入用開口部６６ｄを有し、導入用開口部６６ｄの軸方向反対側の端部に閉塞する底部６６ｅを有しており、底部６６ｅとその底部６６ｅに連結する側壁部６６ｆとにより緩衝用空間６６ａを形成する有底円筒形状に形成されており、導入用開口部６６ｄの周囲開口端部には外側に向けて延設された大径鍔部６６ｂが備えられ、側壁部６６ｆには緩衝用空間６６ａと外筒１６の内側との間における気体の流通経路となる内部通気孔６６ｃが形成されている。
【００４６】
このうち、大径鍔部６６ｂは、その外径が筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの内径よりも大きく形成されると共に、筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの周囲開口端部の外径寸法と略同寸に形成されており、大径鍔部６６ｂは、後端開口部６４ｃの周囲開口端部上に積層可能に形成されている。また、内部通気孔６６ｃは、緩衝用空間形成部材６６の側壁部６６ｆのうち、底部６６ｅから離れた導入用開口部６６ｄよりの位置に設けられている。さらに、緩衝用空間形成部材６６の側壁部６６ｆの最大外径は、筒状挿入部材６４の内部６４ａの最小内径よりも小さく形成されている。
【００４７】
また、撥水性フィルタ６２は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも低い加熱温度で一軸方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）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。なお、撥水性フィルタ６２としては、さらに撥油コートした多孔質繊維構造体を用いることもでき、これを用いることにより、付着した油分が気化して内部に侵入する危険性を低下させることができる。
【００４８】
そして、撥水性フィルタ６２は、次のようにして、シール部材１７の通気孔５８を閉塞する形態で配置される。
まず、底部６６ｅと側壁部６６ｆとにより形成される緩衝用空間６６ａが筒状挿入部材６４の内部６４ａに配置され、かつ大径鍔部６６ｂが筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの周囲開口端部上と当接するように、緩衝用空間形成部材６６を筒状挿入部材６４に組み付ける。そのあと、撥水性フィルタ６２を緩衝用空間形成部材６６の導入用開口部６６ｄ（換言すれば、筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃ）を閉塞するように組み付け、撥水性フィルタ６２、筒状挿入部材６４および緩衝用空間形成部材６６を、大径鍔部６６ｂの側からシール部材１７の通気孔５８に挿入する。このようにして、撥水性フィルタ６２は、筒状挿入部材６４の外周面６４ｄと通気孔５８の内周面５８ｂとの間に挟まれ、筒状挿入部材６４の後端開口部を閉塞すると共に、通気孔５８を閉塞する状態で固定される。
【００４９】
なお、筒状挿入部材６４を通気孔５８に挿入する際には、鍔部６４ｂが通気孔５８の先端側の開口縁部５８ａにて係止されることとなり、その結果、通気孔５８の内部における筒状挿入部材６４、緩衝用空間形成部材６６および撥水性フィルタ６２の位置決めがなされる。
【００５０】
そして、図２（ｂ）に、撥水性フィルタ６２，緩衝用空間形成部材６６および筒状挿入部材６４が通気孔５８の内部に配置された状態のシール部材１７の断面図を示す。
図２（ｂ）に示すように、撥水性フィルタ６２を透過した気体は、まずは、撥水性フィルタ６２より前方側に位置する緩衝用空間形成部材６６により形成される緩衝用空間６６ａに導入されることになる。そして、撥水性フィルタ６２を透過した気体が水蒸気であり、この水蒸気が緩衝用空間６６ａの内部で結露して水滴が発生した場合には、この水滴は緩衝用空間６６ａの内部に蓄積される。
【００５１】
また、結露で発生した水滴以外の気体については、緩衝用空間形成部材６６の側壁部６６ｆに設けられた内部通気孔６６ｃを通じて、筒状挿入部材６４の内部６４ａに移動し、さらに外筒１６の内部に移動して、外筒１６の内部に配置された検出素子２の内面（内側電極２ａ（図１参照））に送り込まれる。
【００５２】
なお、酸素センサ１は、検出素子２を固体電解質体の活性化温度に維持するためのセラミックヒータ３が備えられているため、酸素センサ１の内部温度は高温となり、熱伝導により緩衝用空間形成部材６６も高温となるため、緩衝用空間６６ａに蓄積された水滴は、水蒸気に状態変化する。
【００５３】
また、内部通気孔６６ｃは、側壁部６６ｆのうち底部６６ｅから離れた導入用開口部６６ｄよりの位置に設けられており、緩衝用空間形成部材６６の緩衝用空間６６ａのうち、水滴を蓄積することができる部分の体積は、水蒸気が結露することで発生する水滴を蓄積可能な体積に適宜調整されている。
【００５４】
以上のように構成された酸素センサ１は、図１に示すように、外筒１６が排気管の管外側に配置され、プロテクタ１１が管内側に配置されるように、主体金具９の外側に形成されたネジ部９ｂにより、被測定ガスの流路を形成する排気管の取付孔に取り付けられる。なお、図１においては、排気管の管壁面（断面）を二点鎖線で図示している。
【００５５】
このように酸素センサ１が排気管に取り付けられることで、検出素子２は、その先端部の外面が被測定ガスに晒されると共に、内面が通気孔５８、緩衝用空間６６ａを通じて外筒１６の内部に導入された基準ガスとしての大気に接触することとなる。
【００５６】
そして、本実施例の酸素センサ１においては、上述したように、シール部材１７に形成された通気孔５８を塞ぐ撥水性フィルタ６２を透過した気体は、端子金具２３および端子金具３３が配置される外筒１６の内部空間に直接導入されるのではなく、撥水性フィルタ６２よりも前方側に位置する緩衝用空間形成部材６６の底部６６ｅと側壁部６６ｆとにより形成される緩衝用空間６６ａを経由し、その緩衝用空間形成部材６６に形成される内部通気孔６６ｃを通過して外筒１６の内部空間に導入される。つまり、撥水性フィルタ６２を通過して酸素センサ１の内部に導入される水蒸気は、まずは緩衝用空間６６ａに導入されることになり、この水蒸気が結露することで発生する水滴は、緩衝用空間６６ａに蓄積される。これにより、酸素センサの内部で水蒸気が結露して発生する水滴は、外筒１６の内部空間に侵入し難くなり、外筒１６の内部空間に配置された端子金具２３，端子金具３３およびヒータ端子部４０などに水滴が付着することが起こり難くなる。
【００５７】
また、通常の気体は、撥水性フィルタ６２を通過して緩衝用空間６６ａに導入された後、緩衝用空間形成部材６６に設けられた内部通気孔６６ｃを通じて、外筒１６の内部空間に導入されることから、通気孔５８を通じての酸素センサの通気性は維持される。
【００５８】
なお、上記実施例においては、外筒１６が特許請求の範囲に記載の筒状カバーに相当し、撥水性フィルタ６２がフィルタに相当し、検出素子２の外面が第１面に相当し、検出素子２の内面が第２面に相当し、大径鍔部６６ｂが鍔部に相当する。
【００５９】
次に、筒状挿入部材と緩衝用空間形成部材とが一体に連結して形成された第２筒状挿入部材１６６を用いたガスセンサを第２実施例として説明する。
なお、第２実施例のガスセンサは、上記実施例（以下、第１実施例という）の酸素センサ１と比べて、筒状挿入部材６４および緩衝用空間形成部材６６に相当する部分の構成が異なっており、その他の部分については同様に構成されている。そのため、第２実施例においては、ガスセンサの全体構成についての図示は省略し、シール部材１７，撥水性フィルタ６２，第２筒状挿入部材１６６を図示した図３を用いて、第２実施例のガスセンサについて説明する。
【００６０】
そして、図３（ａ）は、シール部材１７，撥水性フィルタ６２および第２筒状挿入部材１６６の分解斜視図であり、図３（ｂ）は、撥水性フィルタ６２および第２筒状挿入部材１６６が通気孔５８の内部に配置された状態のシール部材１７の断面図である。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、シール部材１７は、第１実施例と同様に、外観が円柱形状に形成されており、円形断面の中心部分をシール部材１７の軸方向に貫通する通気孔５８と、通気孔５８を中心とする周囲に等間隔に配置されたシール部材１７を貫通する４個の挿通孔６０が、設けられている。また、撥水性フィルタ６２は、第１実施例と同様に、多孔質繊維構造体により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）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。
【００６２】
そして、第２筒状挿入部材１６６は、軸方向両端が開口した略筒状形状であるとともに、先端部の周囲には、全周にわたり外向きに突出する鍔部１６６ｂが形成されており、内部空間が、緩衝用空間形成部１６６ｄで仕切られて、筒状挿入部内部空間１６６ａと緩衝用空間１６６ｅとが形成されている。なお、緩衝用空間形成部１６６ｄは、一方の端部に開口した導入用開口部１６６ｉを有し、導入用開口部１６６ｉの軸方向反対側の端部に閉塞する底部１６６ｆを有しており、底部１６６ｆとその底部１６６ｆに連結する側壁部１６６ｇとにより緩衝用空間１６６ｅを形成している。また、緩衝用空間形成部１６６ｄの側壁部１６６ｇには、内部通気孔１６６ｃが形成されており、この内部通気孔１６６ｃは、筒状挿入部内部空間１６６ａと緩衝用空間１６６ｅとの間での気体の流通経路として機能する。
【００６３】
なお、緩衝用空間形成部１６６ｄは、一端が閉塞した状態の第２筒状挿入部材１６６における閉塞した端部を、円筒形状の内部方向に曲げ加工することにより形成される。このとき、内部通気孔１６６ｃは、曲げ加工により緩衝用空間形成部１６６ｄを形成した後ではなく、曲げ加工する前の段階の閉塞した端部に内部通気孔１６６ｃを形成しておくことで、内部通気孔１６６ｃの作製作業を容易に実行することができる。
【００６４】
そして、撥水性フィルタ６２は、次のようにして、シール部材１７の通気孔５８を閉塞する形態で配置される。つまり、撥水性フィルタ６２が第２筒状挿入部材１６６の緩衝用空間１６６ｅが形成される側の端部（すなわち、導入用開口部１６６ｉ）を覆う状態で、この端部の側から、撥水性フィルタ６２および第２筒状挿入部材１６６を、シール部材１７の通気孔５８に挿入する。このようにして、撥水性フィルタ６２は、第２筒状挿入部材１６６の外周面１６６ｈと通気孔５８の内周面５８ｂとの間に挟まれ、通気孔５８を閉塞した状態で固定される。
【００６５】
なお、第２筒状挿入部材１６６が通気孔５８に挿入されると、鍔部１６６ｂが通気孔５８の先端側の開口縁部５８ａにて係止されることとなり、その結果、通気孔５８の内部における第２筒状挿入部材１６６および撥水性フィルタ６２の位置決めがなされる。
【００６６】
そして、図３（ｂ）に、撥水性フィルタ６２，第２筒状挿入部材１６６が通気孔５８の内部に配置された状態のシール部材１７の断面図を示す。
図３（ｂ）に示すように、撥水性フィルタ６２を透過した気体は、まずは、撥水性フィルタ６２により前方側に位置する緩衝用空間形成部１６６ｄにより形成される緩衝用空間１６６ｅに導入されることになる。そして、撥水性フィルタ６２を透過した気体が水蒸気であり、この水蒸気が緩衝用空間１６６ｅの内部で結露して水滴が発生した場合には、この水滴は緩衝用空間１６６ｅの内部に蓄積される。
【００６７】
また、結露で発生した水滴以外の気体については、緩衝用空間形成部１６６ｄの側壁部１６６ｇに設けられた内部通気孔１６６ｃを通じて、筒状挿入部内部空間１６６ａに移動して、さらに外筒１６の内部に移動することで、外筒１６の内部に配置された検出素子２の内面（内側電極２ａ（図１参照））に送り込まれる。
【００６８】
なお、第２実施例のガスセンサは、検出素子２を固体電解質体の活性化温度に維持するためのセラミックヒータ３が備えられているため、ガスセンサの内部温度は高温となり、熱伝導により緩衝用空間形成部１６６ｄも高温となるため、緩衝用空間１６６ｅに蓄積された水滴は、水蒸気に状態変化する。
【００６９】
また、内部通気孔１６６ｃは、側壁部１６６ｇのうち底部１６６ｆから離れた導入用開口部１６６ｉよりの位置に設けられており、緩衝用空間形成部１６６ｄの緩衝用空間１６６ｅのうち、水滴を蓄積することができる部分の体積は、水蒸気が結露することで発生する水滴を蓄積可能な体積に適宜調整されている。
【００７０】
そして、上述したように、本第２実施例のガスセンサにおいては、シール部材１７に形成された通気孔５８を塞ぐ撥水性フィルタ６２を透過した気体は、端子金具２３および端子金具３３が配置される外筒１６の内部空間に直接導入されるのではなく、撥水性フィルタ６２よりも前方側に位置する緩衝用空間形成部１６６ｄの底部１６６ｆと側壁部１６６ｇとにより形成される緩衝用空間１６６ｅを経由し、その緩衝用空間形成部１６６ｄに形成される内部通気孔１６６ｃを通過して外筒１６の内部空間に導入される。つまり、撥水性フィルタ６２を通過してガスセンサの内部に導入される水蒸気は、まずは緩衝用空間１６６ｅに導入されることになり、この水蒸気が結露することで発生する水滴は、緩衝用空間１６６ｅに蓄積される。これにより、ガスセンサの内部で水蒸気が結露して発生する水滴は、外筒１６の内部空間に侵入し難くなり、外筒１６の内部空間に配置された端子金具２３，端子金具３３およびヒータ端子部４０などに水滴が付着することが起こり難くなる。
【００７１】
また、通常の気体は、撥水性フィルタ６２を通過して緩衝用空間１６６ｅに導入された後、緩衝用空間形成部１６６ｄに設けられた内部通気孔１６６ｃを通じて、外筒１６の内部空間に導入されることから、通気孔５８を通じてのガスセンサの通気性は維持される。
【００７２】
さらに、第２実施例のガスセンサでは、筒状挿入部材と緩衝用空間形成部材とを連結して一体に形成した第２筒状挿入部材１６６を用いているため、筒状挿入部材と緩衝用空間形成部材とを組み付ける作業を省略することができ、ガスセンサの製造工程を簡略化することができる。このため、ガスセンサの製造コストを低く抑えることができる。
【００７３】
なお、第２実施例のガスセンサにおいては、緩衝用空間形成部１６６ｄが特許請求の範囲に記載の緩衝用空間形成部材に相当する。
以上、本発明の２つの実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００７４】
例えば、第１実施例において説明したガスセンサにおいては、緩衝用空間形成部材６６を筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの周囲開口端部に対して、接着、ロウ付けあるいは溶接などにより固着し、両者を一体に構成しても良い。これにより、緩衝用空間形成部材６６と筒状挿入部材６４との相対位置がずれるのを防ぐことができ、適切な状態でシール部材１７の通気孔５８に配置することができる。
【００７５】
また、撥水性フィルタ６２については、第１、第２実施例のような形状に限定されず、例えば、筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの周囲開口端部上に緩衝用空間形成部材６６を配置した後、筒状挿入部材６４の後端開口部６４ｃの周囲開口端部における外径寸法と略同寸の板状のフィルタを準備し、適当な接着剤や溶着などにより、フィルタを筒状挿入部材６４（緩衝用空間形成部材６６）に接合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】 （ａ）は、シール部材，撥水性フィルタ，緩衝用空間形成部材および筒状挿入部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、撥水性フィルタ，緩衝用空間形成部材および筒状挿入部材が通気孔の内部に配置された状態のシール部材の断面図である。
【図３】 （ａ）は、シール部材，撥水性フィルタおよび第２筒状挿入部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、撥水性フィルタおよび第２筒状挿入部材が通気孔の内部に配置された状態のシール部材の断面図である。
【図４】 （ａ）は、従来のガスセンサにおけるシール部材，撥水性フィルタおよび筒状挿入部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、撥水性フィルタ，筒状挿入部材が通気孔の内部に配置された状態のシール部材の断面図である。
【符号の説明】
１…酸素センサ、２…検出素子、２ａ…内側電極（基準電極）、２ｂ…外側電極（測定電極）、９…主体金具、１６…外筒、１７…シール部材、２３，３３…端子金具、４０…ヒータ端子部、５８…通気孔、６２…撥水性フィルタ、６４…筒状挿入部材、６６…緩衝用空間形成部材、６６ａ…緩衝用空間、６６ｂ…大径鍔部、６６ｃ…内部通気孔、１６６…第２筒状挿入部材、１６６ａ…筒状挿入部内部空間、１６６ｂ…鍔部、１６６ｃ…内部通気孔、１６６ｄ…緩衝用空間形成部、１６６ｅ…緩衝用空間。

Claims (5)

1. 前方側が測定対象となるガスに向けられる軸状の検出素子と、
   内側に前記検出素子を配置し、少なくとも後端に開口した嵌合用開口部を有する筒状カバーと、
   前記筒状カバーの前記嵌合用開口部に嵌入されるとともに、該筒状カバーの内側と外部との間における気体の流通経路となる通気孔が形成されるシール部材と、
   通気性および撥水性を有し、前記通気孔を塞ぐためのフィルタと、
   軸方向両端に開口部を有するとともに前記シール部材の前記通気孔に嵌挿可能な筒形状に形成され、後端側に位置する後端開口部が前記フィルタで閉塞される筒状挿入部材と、を備えたガスセンサであって、
   一方の端部に開口した導入用開口部を有し、該導入用開口部の軸方向反対側の端部に閉塞する底部を有すると共に、該底部と当該底部に連結する側壁部とにより緩衝用空間を形成し、該緩衝用空間に外部からの気体を導入可能に形成された緩衝用空間形成部材が、前記筒状挿入部材の前記後端開口部を閉塞するフィルタより前方側に位置し、かつ該筒状部材と接続する形で設けられており、
   前記緩衝用空間形成部材の前記側壁部には、前記緩衝用空間と前記筒状カバーの内側との間における気体の流通経路となる内部通気孔が形成されていること、
   を特徴とするガスセンサ。
2. 前記緩衝用空間形成部材は、前記側壁部から外側に向けて延設された鍔部が形成され、該鍔部が前記筒状挿入部材と接続すること、
   を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記筒状挿入部材と前記緩衝用空間形成部材とが、一体に連結して形成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記フィルタは、前記筒状挿入部材の外周面と前記シール部材の内周面との間にて挟持されることにより、該筒状挿入部材の後端開口部を閉塞するよう該筒状挿入部材に支持されていること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスセンサ。
5. 前記検出素子が、酸素イオン伝導性固体電解質体の第１面および第２面に電極が形成され、該第１面および該第２面が接するそれぞれの空間中の酸素濃度の差に応じた電気信号を前記電極間に発生する酸素検出素子であり、
   該酸素検出素子が、前記第１面が被測定ガスに晒され、前記第２面が基準ガスに晒される状態で前記筒状カバーの内側に配置され、
   外部から前記通気孔、前記緩衝用空間形成部材に形成される前記内部通気孔を通じて前記筒状カバーの内側に前記基準ガスを導入して、前記酸素検出素子の前記第２面に対して前記基準ガスを供給すること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスセンサ。

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