JP5135252B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被検出ガスを検出する検出素子の基準電極を大気に晒すための通気構造を有するガスセンサに関するものである。

従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分（例えば酸素など）を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、酸素を検出する酸素センサの検出素子は、排気ガス中に晒される検出電極と、基準となるガス（通常は大気）中に晒される基準電極とが一対となって、固体電解質体を挟むように、固体電解質体の表面上に形成された構成を有する。この検出素子は、固体電解質体に隔てられた２つの雰囲気間、すなわち排気ガスと基準ガス（大気）との間における酸素分圧の差に応じて両電極間に生ずる起電力をもとに、排気ガス中の酸素の検出を行うものである。

検出素子は主体金具に保持されており、主体金具が内燃機関の排気管に取り付けられると、検出素子の先端側に設けられた検出電極（検出部）が、排気管内を流通する排気ガス中に晒される。一方、検出素子の後端側は主体金具から露出され、さらに主体金具に接合される外筒に囲われており、検出素子の基準電極は、外筒内の雰囲気と接している。そして、外筒内の雰囲気と、検出電極の周囲の雰囲気とは、主体金具によって隔てられている。また、検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が外筒の外部に引き出されており、そのリード線の引き出し口には、引き出し口を塞ぐ栓部材が組み付けられている。この栓部材（グロメット）には、リード線（センサ出力リード線およびヒータリード線）を挿通させるリード線挿通孔の他に、外筒の内部と外部との間の通気性を確保して基準電極側に大気を導入するための大気連通孔（貫通孔）が設けられている。そして大気連通孔には、外筒内に大気を導入しつつも水滴等を進入させないようにするためのフィルタ部材が設けられている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００６−２０８１６５号公報

しかしながら、特許文献１の酸素センサでは、フィルタ部材が外部に直接露出されることとなる。通常、酸素センサは自動車の路面近くに配置されるため、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃をフィルタ部材が直接受ける場合があり、フィルタ部材に破損を生ずる虞がある。そこで、このフィルタ部材を保護するには、フィルタ部材よりも後端側で大気連通孔に蓋をするように、フィルタ部材を保護する保護部材を設けるとよいが、上述のように、栓部材からはリード線も引き出されており、リード線を破損せずに保護部材を設ける必要がある。さらに、酸素センサの製造過程における組み立て容易性を考慮すると、リード線と非接触となる構造を有した保護部材を、製造過程の最終工程で外筒に組み付ける構成が望ましい。しかし、保護部材が外筒に傾いて組み付けられたり、組み付け後に保護外筒がぐらついたりすることで、保護部材がフィルタ部材を確実に保護できない虞がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、大気を導入して検出素子の基準電極を大気に晒すための大気連通孔に設けられるフィルタ部材を簡易な構成で確実に保護することができるガスセンサを提供することを特徴とする。

本発明の第１態様に係るガスセンサは、軸線方向に延びるとともに、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、自身の先端部が前記主体金具に溶接にて固定される外筒と、前記外筒の後端側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、および、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ前記軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサにおいて、前記外筒は、前記栓部材の周囲を取り囲む側面部と、前記栓部材よりも後方側に配置され、前記栓部材の前記大気連通孔を覆うとともに、少なくとも前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する通気部と、径方向に延びるとともに、前記側面部と前記通気部とを連結する板状の腕部と、を有し、前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びる溝部を有し、前記腕部は、前記溝部内に配置されていることを特徴とする。

第１態様に係るガスセンサでは、外筒に設けた通気部が栓部材の大気連通孔を覆うので、大気連通孔内に配置（介在）されるフィルタ部材の外部への露出を防ぎ、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃からフィルタ部材を保護することができる。そして外部と大気連通孔内との通気性は、通気部に設けた開口によって確保することができる。その上、通気部と側面部との連結構造として板状の腕部とすることで、腕部とリード線とを離間させることができ、腕部とリード部との干渉を防止できる。

ところで、栓部材の周囲を取り囲む外筒の側面部と、通気部とは、腕部によって連結されている。つまり、腕部と通気部は外筒と一体のもの、すなわち外筒の一部位として構成されているので、ガスセンサの製造過程において、主体金具に外筒を固定するだけで、腕部と通気部も主体金具に固定することができる。よって、外筒と通気部とが別体である場合に生じる、通気部が外筒に傾いて組み付けられることや組み付け後に通気部がぐらつくことがなく、通気部がフィルタ部材を確実に保護できる。

さらに、主体金具に外筒を固定し、さらに外筒に腕部や通気部を固定するという二段階の工程が必要となるが、この工程を一度で済ませることができるので、工数を減らすことができる。さらに、外筒、腕部および通気部を一部品で構成すれば、両者に、互いの固定のための構造を設けなくともよく、部品点数を減らすだけでなく、構造を簡易なものとすることができる。

また、腕部を、リード線挿通孔を避けて設けた溝部内に配置すれば、腕部とリード線との干渉を確実に避けることができる。また、腕部と溝部とが互いに位置決めされることから、栓部材が外筒に対して周方向に回転することが防止され、ゆえに、リード線と腕部との接触を防止することができる。さらに、腕部と一体の通気部や外筒に対してもリード線が接触することはなく、リード線を確実に他部材との接触による損傷から保護することができる。

また、第１態様に係るガスセンサにおいて、前記外筒が、前記腕部を少なくとも２本以上有するとともに、前記栓部材が前記溝部を少なくとも２つ以上有してもよく、この場合に、前記腕部のそれぞれが、それぞれの前記溝部内に配置されるとよい。複数の腕部がそれぞれ溝部内に配置されることで、一の腕部を中心軸とする捻りが通気部に加わった場合でも、二の腕部が溝部に当接して捻りを抑制するので、大気連通孔に対する通気部の配置において傾きやずれ等の発生を防止できる。

また、第１態様に係るガスセンサにおいて、前記通気部が、軸線方向に貫通する複数の孔を有した形態、軸線方向の開口にメッシュ状の部材を組み付けた形態、または自身に形成された凸部の側面に開口を有した形態のうちのいずれかの形態に形成されていてもよい。通気部は、フィルタ部材を外部側から覆って保護する一方で、外筒の内部と外部との間における通気性を十分に維持できる構造であることが望まれる。通気部に、軸線方向に貫通する複数の孔を設ければ、簡易な構造で、フィルタ部材の保護と通気性の確保とを行うことができる。同様に、通気部にメッシュ状の部材を組み付けた構成としても、通気部に設けた凸部の側面に開口を形成して通気可能とする構成としても、フィルタ部材の保護と通気性の確保とを簡易な構造で行うことができる。

本発明の第２態様に係るガスセンサは、軸線方向に延びるとともに、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、自身の先端部が前記主体金具に溶接にて固定される外筒と、前記外筒の後端側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、および、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ前記軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサにおいて、前記外筒は、前記栓部材の周囲を取り囲む側面部と、前記ガスセンサを後方側から軸線方向に見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記フィルタ部材を覆う被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、径方向に延びるとともに、前記側面部と前記被覆部とを連結する板状の腕部と、を有し、前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びる溝部を有し、少なくとも１つの前記腕部は、前記溝部内に配置されていることを特徴とする。

第２態様に係るガスセンサでは、外筒に設けた被覆部が栓部材の大気連通孔を覆うので、大気連通孔内に配置（介在）されるフィルタ部材の外部への露出を防ぎ、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃からフィルタ部材を保護することができる。そして外部と大気連通孔内との通気性は、被覆部と栓部材との間隙によって確保することができる。その上、通気部と側面部との連結構造として板状の腕部とすることで、腕部とリード線とを離間させることができ、腕部とリード部との干渉を防止できる。

ところで、栓部材の周囲を取り囲む外筒の側面部と、被覆部とは、腕部によって連結されている。つまり、腕部と被覆部は外筒と一体のもの、すなわち外筒の一部位として構成されているので、ガスセンサの製造過程において、主体金具に外筒を固定するだけで、腕部と被覆部も主体金具に固定することができる。よって、外筒と通気部とが別体である場合に生じる、通気部が外筒に傾いて組みつけられることや組み付け後に通気部がぐらつくことがなく、通気部がフィルタ部材を確実に保護できる。

さらに、主体金具に外筒を固定し、さらに外筒に腕部や被覆部を固定するという二段階の工程が必要となるが、この工程を一度で済ませることができるので、工数を減らすことができる。さらに、外筒、腕部および被覆部を一部品で構成すれば、両者に、互いの固定のための構造を設けなくともよく、部品点数を減らすだけでなく、構造を簡易なものとすることができる。

また、腕部を、リード線挿通孔を避けて設けた溝部内に配置すれば、腕部とリード線との干渉を確実に避けることができる。また、腕部と溝部とが互いに位置決めされることから、栓部材が外筒に対して周方向に回転することが防止され、ゆえに、リード線と腕部との接触を防止することができる。さらに、腕部と一体の被覆部や外筒に対してもリード線が接触することはなく、リード線を確実に他部材との接触による損傷から保護することができる。

また、第２態様に係るガスセンサにおいて、前記外筒が、前記腕部を少なくとも２本以上有するとともに、前記栓部材が、前記溝部を少なくとも２つ以上有してもよく、この場合に、前記腕部のそれぞれが、それぞれの前記溝部内に配置されるとよい。複数の腕部がそれぞれ溝部内に配置されることで、一の腕部を中心軸とする捻りが被覆部に加わった場合でも、二の腕部が溝部に当接して捻りを抑制するので、大気連通孔に対する被覆部の配置において傾きやずれ、捻り等の発生を防止できる。

第１の実施の形態のガスセンサ１の構造を示す縦断面図である。 組み付け前のグロメット９の斜視図である。 ガスセンサ１を軸線Ｏ方向後端側（図１における上側）から見た図である。 組み付け前の外筒３の斜視図である。 ガスセンサの後端側の部分品を製造する過程の一例を示す図である。 変形例としての外筒１１０の後端部の形状を示す斜視図である。 変形例としての外筒１２０の後端部の形状を示す斜視図である。 変形例としての外筒１３０の後端部の形状を示す斜視図である。 変形例としての外筒１４０の後端部の形状を示す斜視図である。 第２の実施の形態のガスセンサ２０１の構造を示す縦断面図である。 ガスセンサ２０１を軸線Ｏ方向後端側（図１０における上側）から見た図である。

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、第１の実施の形態として、ガスセンサ１を例に、その構造について図１〜図４を参照して説明する。なお、図１に示すガスセンサ１は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管（図示外）に取り付けられて使用されるものである。以下では、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向において、排気管内に挿入される検出素子６の先端に向かう側（閉じている側であり図中下側）を先端側とし、これと反対方向に向かう側（図中上側）を後端側として説明するものとする。

図１に示すガスセンサ１は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の有無を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子６を主体金具５や外筒３、プロテクタ４内に保持した構造を有する。ガスセンサ１からは、この検出素子６の出力する信号を取り出したり、検出素子６に併設されるヒータ７への通電を行ったりするためのリード線１８が引き出されている。各リード線１８は、ガスセンサ１とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）に電気的に接続されている。

ガスセンサ１の検出素子６は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体６１を軸線Ｏ方向に延びる有底筒状に形成したものを基体として構成されたものである。固体電解質体６１の内面には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる基準電極６２がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体６１の外面にも、基準電極６２と同様に、ＰｔまたはＰｔ合金からなる検出電極６３が多孔質状に形成されている。検出素子６の先端側（閉じている側）は検出部６４として構成され、外面の検出電極６３が排気管（図示外）内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないが、この検出電極６３は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子６の軸線Ｏ方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部６５が設けられている。そして、検出素子６の有底筒内には、固体電解質体６１を加熱して活性化させるための棒状のヒータ７が挿入されている。

検出素子６は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具５に取り囲まれた状態で、その主体金具５の筒孔５５内に保持されている。主体金具５はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部（図示外）に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。雄ねじ部５２よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ４が係合される先端係合部５６が形成されている。検出素子６の検出部６４は、この先端係合部５６よりも先端側に突出されている。

主体金具５の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、ガスセンサ１を排気管の取付部（図示外）に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット１１が嵌挿されている。そして主体金具５の後端側には、自身の筒孔５５内で保持する検出素子６を加締め固定するための加締部５７が設けられている。検出素子６の後端部６６は、この加締部５７よりも後端側に突出されている。そして、工具係合部５３と加締部５７との間には、その外周に、後述する外筒３の先端部３１が係合される後端係合部５８が形成されている。

次に、主体金具５の筒孔５５内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部５９が設けられており、この段部５９に、金属製のパッキン１２を介し、アルミナからなる筒状の支持部材１３が係止されている。支持部材１３の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン１４を介し、検出素子６のフランジ部６５が支持部材１３により支持されている。さらに筒孔５５内には、支持部材１３の後端側に滑石粉末からなる充填部材１５が充填され、その充填部材１５を支持部材１３との間で挟むように、充填部材１５の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ１６が配置されている。

スリーブ１６の後端側には環状のリング１７が配置されており、主体金具５の加締部５７を内側先端方向に加締めることで、リング１７を介し、スリーブ１６が充填部材１５に対して押しつけられている。この加締部５７の加締めを通じ、充填部材１５が、主体金具５の段部５９に係止された支持部材１３に向けて検出素子６のフランジ部６５を押圧するよう主体金具５の筒孔５５内に圧縮充填されると供に、筒孔５５の内周面と検出素子６の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このように、検出素子６は、主体金具５の加締部５７と段部５９との間において挟持された各部材を介し、主体金具５の筒孔５５内で保持されている。

次に、主体金具５の先端係合部５６には、その先端係合部５６から軸線Ｏ方向の先端側に向け突出された検出素子６の検出部６４を覆うプロテクタ４が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ４は、ガスセンサ１が排気管（図示外）に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子６の検出部６４を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ４は、有底筒状をなし開放された側の周縁部が先端係合部５６に接合される外側プロテクタ４１と、その外側プロテクタ４１の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ４５とからなる２重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の外周面には内部に排気ガスを導入し、検出素子６の検出部６４へと導くための導入口４２がそれぞれ開口されている（内側プロテクタ４５のガス導入口は図示せず。）。また、外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の底面には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口４３，４８がそれぞれ開口されている。

また、前述したように、検出素子６の後端部６６は、主体金具５の後端（加締部５７）よりも後方に突出されている。この後端部６６よりも軸線Ｏ方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ８が配置されている。セパレータ８は、４つの接続端子１９（図１ではそのうちの３つの接続端子１９を示している。）をそれぞれ独立に収容する収容部８２を有する。収容部８２はセパレータ８を軸線Ｏ方向に貫通しており、セパレータ８よりも先端側と後端側との間において通気可能に構成されている。各接続端子１９は、検出素子６の基準電極６２、検出電極６３、およびヒータ７の有する発熱抵抗体に通電するため後端側にて露出された一対の電極７１（図１ではそのうちの一方の電極７１を示している。）に、それぞれ電気的に接続されるものである。セパレータ８は、各接続端子１９を分離した状態で収容し、接続端子１９同士の接触を防止している。各接続端子１９には４本のリード線１８の芯線がそれぞれ加締め接合されており（図１ではそのうちの２本のリード線１８を示している。）、各リード線１８は、後述するグロメット９を介してガスセンサ１の外部に引き出されている。また、セパレータ８の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部８１が設けられており、そのフランジ部８１よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具８５が嵌挿されている。

また、セパレータ８の後端側には、フッ素系ゴムからなるグロメット９が配置されている。図２に示すように、グロメット９は、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された部材であり、軸線Ｏ方向に貫通する大気連通孔９１および４つのリード線挿通孔９２を有する。大気連通孔９１は、グロメット９の径方向中央に形成され、リード線挿通孔９２は、大気連通孔９１よりも外周側にて大気連通孔９１を取り巻くように、周方向に等間隔となる位置にそれぞれ形成されている。大気連通孔９１は、図１に示すように、さらにセパレータ８の収容部８２を介して、ガスセンサ１内（後述する外筒３内）に大気を導入するために設けられたものである。外筒３内では、検出素子６が、後端部６６を突き出した形態で主体金具５に保持されているが、その検出素子６の有底筒内に形成された基準電極６２が、大気に晒されるように構成されている。そして図３に示すように、４つのリード線挿通孔９２には、前述した４本のリード線１８が、それぞれ独立に挿通される。

また、図２，図３に示すように、グロメット９がガスセンサ１へ組み付けられた際に後端側を向く天面９９には、大気連通孔９１の形成位置を起点とし、外周側へ向けて径方向に沿って溝状に延びる４つの溝部９３が形成されている。各溝部９３は、天面９９上に開口する４つのリード線挿通孔９２の位置を避けるように、それぞれ隣り合う２つのリード線挿通孔９２間を通して配置されている。よって、天面９９は、溝部９３によって４つの区画に分割されている。

図１に示すように、グロメット９の大気連通孔９１内には、フィルタ部材８７およびその留め金具８８が挿入されている。フィルタ部材８７は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成されたミクロンサイズの網目構造を有する薄膜状のフィルタであり、水滴等は通さず大気は連通可能に構成されたものである。また、留め金具８８は筒状に形成された部材であり、自身の外周と大気連通孔９１の内周との間にフィルタ部材８７を挟み、グロメット９に固定する。上記したグロメット９の溝部９３は、フィルタ部材８７を通過できなかった水滴等がフィルタ部材８７上で溜まらないように、外周側へ導く流路を形成するものである。なお、溝部９３は、径方向外側から中央側へ向かうにつれ軸線Ｏ方向先端側から後端側へ向かう、傾斜を有していてもよい。

次に、主体金具５の後端側には、軸線Ｏ方向に延びる筒状の外筒３が組み付けられている。図４に示すように、外筒３は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状に形成し、さらに略中央より先端側（図４において下側）に位置する先端部３１を太径に形成したものである。先端部３１の内径は、先端部３１を主体金具５の後端係合部５８（図１参照）に係合させるため、後端係合部５８の外径より大きく形成されている。また、図３，図４に示すように、外筒３の後端側に位置する後端部３８の後端（開口端３２）は径方向内向きに折り曲げられており、開口端３２の周方向の４箇所から、軸線Ｏへ向けて延びる板状をなす４本の腕部３３が突出されている。なお、本実施例においては、４本の腕部３３は、いずれも、径方向外側から中央側へ向かうにつれ軸線Ｏ方向先端側から後端側へ向かう、傾斜を有している。

そして、各腕部３３は、円形板状の通気部３４の外周にそれぞれ接続されている。通気部３４は、図２に示す、グロメット９の大気連通孔９１とほぼ同じ大きさの外径を有し、図１，図３に示すように、厚み方向を軸線Ｏ方向に合わせ、大気連通孔９１に蓋をする配置となるように、腕部３３に支えられている。また、図４に示すように、通気部３４には厚み方向に貫通する開口３５が設けられている。この開口３５は、大気連通孔９１の開口（大きさ）よりも小さく形成（図１参照）されており、この開口３５を介した大気連通孔９１内への飛石等の進入が防止されている。さらに、通気部３４には、開口３５の縁から通気部３４の厚み方向に立ち上がり開口３５を覆うカバー３６が設けられており、軸線Ｏ方向後端側から飛石等の開口３５への進入が阻止される。また、カバー３６の側面の一部を開放する開口３７が形成されることによって、開口３５を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気（つまり外筒３の内部と外部との通気）が確保されている。通気部３４は、大気連通孔９１内に配置されたフィルタ部材８７を、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃から保護し、破損を防止するために設けられている。

このような構造を有する外筒３は、図１に示すように、軸線Ｏ方向に連ねて配置された検出素子６の後端部６６、セパレータ８およびグロメット９の各側面を、周方向に取り囲んだ状態で、主体金具５の後端側に配置される。外筒３の先端部３１は、主体金具５の後端係合部５８の外周に嵌められ、外周側から径方向内向きに加締められる。さらに先端部３１の外周を一周してレーザ溶接が施されることで、外筒３が主体金具５に固定されている。

また、セパレータ８のフランジ部８１よりも先端側の部分の位置に対応する外筒３の側面は、外周を一周して径方向内向きに加締められている。この位置には保持金具８５が配置されており、保持金具８５は、自身の内部にセパレータ８を保持した状態で、外筒３内に加締め保持される。また、セパレータ８のフランジ部８１よりも後端側の部分の位置に対応する外筒３の側面も、周方向の複数箇所において、径方向内向きに加締められている。この部分の加締めはフランジ部８１の後端に接する位置に行われ、この加締め部分と保持金具８５とでフランジ部８１が挟まれて、セパレータ８の軸線Ｏ方向への移動が規制されている。

そして、図１に示すように、セパレータ８の後端側に配置されるグロメット９は、外筒３の後端部３８内に配置される。４区画に分割されたグロメット９の天面９９は、４本の腕部３３間を抜けて、外筒３から後端側に突出し、腕部３３は溝部９３内に配置される。つまりグロメット９は、外筒３内で、腕部３３とセパレータ８との間に挟まれ、軸線Ｏ方向への移動が規制される。また、外筒３の後端部３８内に配置されたグロメット９の外周を取り囲む外筒３の側壁３９が、外周側から径方向内向きに加締められており、グロメット９の径方向への移動も規制される。さらに、図３に示すように、外筒３の腕部３３がグロメット９の溝部９３内に配置されることによって、軸線Ｏを中心としたグロメット９の周方向への回転も規制される。これにより、グロメット９の４つのリード線挿通孔９２（図３参照）に挿通される４本のリード線１８は、いずれも外筒３に対し位置決めされ、腕部３３や通気部３４、側壁３９（特に開口端３２）に接触することがない。したがって、リード線１８を、他部材（外筒３）との接触による損傷から確実に保護することができる。

また、外筒３と腕部３３および通気部３４とが一体に形成されているので、外筒３と通気部３４とが別体である場合に生じる、通気部３４が外筒３に傾いて組みつけられることや組み付け後に通気部３４がぐらつくことがなく、通気部３４がフィルタ部材８７を確実に保護できる。さらに、別体に形成した場合には両者に必要となる、互いの固定のための構造を、設けなくともよく、部品点数を減らすだけでなく、構造を簡易なものとすることができる。また、製造過程において、両者の互いの固定のための工数も減らすことができる。

そして、腕部３３が２本以上（第１の実施の形態では４本）あるので、腕部３３による通気部３４の支持が、より強固になされ、外筒３の側壁３９に対する通気部３４の位置決めが確実となる。よって、大気連通孔９１に対する通気部３４の捻りの発生を防止できる。

このような形態のガスセンサ１の製造は、例えば以下の手順に従って行えばよい。まず、図５の第１工程に示すように、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなる板材にプレス加工を施して、有底筒状の外筒中間体１０１を作製する。次に、外筒中間体１０１の筒底にあたる部位１０２をプレス機で打ち抜き、第２工程に示すように、腕部３３および通気部３４が形成された外筒３を得る。さらに通気部３４にプレス加工を行って、開口３５およびカバー３６を形成する（図４に示す、カバー３６の開口３７も形成する。）。なお、上記第１工程および第２工程は、一度のプレス加工で同時に行ってもよい。

次に、別工程で作製したグロメット９の大気連通孔９１内にフィルタ部材８７および留め金具８８（図１参照）を組み付ける。さらに、４本のリード線１８を、グロメット９のリード線挿通孔９２にそれぞれ挿通させ、リード線１８をグロメット９の先端から露出させる。その状態で、グロメット９を外筒３内に収容する。このとき、４つの区画に分割されたグロメット９の天面９９を、各腕部３３間に通し、外筒３の後端から露出させるとともに、腕部３３をグロメット９の溝部９３内（図１参照）に配置させ、外筒３に対するグロメット９およびリード線１８の位置決めを行う。

そして第３工程に示すように、外筒３の後端部３８において、周方向の複数箇所（本例では４箇所）を断続的に径方向内向きに加締め、外筒３内に突出する側壁３９の凹み（内突部１０３）を設ける。グロメット９は、この内突部１０３に引っ掛かり、ガスセンサ１の組み立て途中における後端部３８からの抜けが防止される。

さらにリード線１８を、別工程で作製したセパレータ８および保持金具８５内に挿入し、通過させた後、各リード線１８の先端を４つの接続端子１９（図１参照）に接合する。そのうちの２つの接続端子１９は、ヒータ７の電極７１に接合する。その状態で、リード線１８を外筒３の後方側に引き、第４工程に示すように、セパレータ８、保持金具８５およびヒータ７の後端部を、外筒３内に収容する。このようにして、外筒３内にグロメット９、セパレータ８およびヒータ７の後端部を保持したガスセンサ１の後端側の部分品が完成する。

さらに別工程で、図１に示す主体金具５に検出素子６を保持させ、プロテクタ４およびガスケット１１を組み付けた状態のガスセンサ１の先端側の部分品を作製し、上記の後端側の部分品と組み合わせ、外筒３の先端部３１を主体金具５の後端係合部５８に嵌め込む。そして、外筒３の先端部３１を後端係合部５８に対して径方向内向きに加締め、次にセパレータ８のフランジ部８１を第３工程（図５参照）で形成した内突部１０３に当接させた状態で、保持金具８５の配置位置にあたる外筒３の側壁を径方向内向きに加締め、さらに、グロメット９の配置位置にあたる外筒３の側壁３９を径方向内向きに加締める。その後、外筒３の先端部３１の加締められた部位に外周を一周するレーザ溶接を施して、ガスセンサ１が完成する。

なお、第１の実施の形態は、各種変更が可能である。例えば、図６に示す、外筒１１０のように、通気部１１１に、第１の実施の形態の開口３５（図１参照）より大きな開口１１２を設け、その開口１１２に、ワイヤー材を網目状に組んで形成したメッシュ部材１１３を取り付けてもよい。メッシュ部材１１３によってフィルタ部材８７を破損から保護しつつ、開口１１２を介した通気を確保することができる。

また、図７に示す、外筒１２０のように、通気部１２１に、複数の孔１２２を設けてもよい。孔１２２を介した通気を確保しつつ、孔１２２の内径を適宜設定し、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃を防ぐことができる大きさとすれば、十分に、フィルタ部材８７を破損から保護することができる。もちろん、孔１２２の数は適宜変更可能であり、孔数を増やすことで合計の開口面積を大きくすれば、通気部１２１において十分な通気性を確保することができる。

また、第１の実施の形態では、通気部３４を支える腕部３３の数を４本としたが、図８に示す、外筒１３０のように、２本の腕部１３２で通気部１３１を支えてもよいし、図９に示す、外筒１４０のように、１本の腕部１４２で通気部１４１を支えてもよい。もちろん、腕部は３本でも５本でも、それ以上の本数を設けてもよい。また、グロメットの溝部の数も、腕部の数に応じて増減させてもよいし、あるいは溝部の数が腕部の本数よりも多くてもよい。

また、第１の実施の形態では、通気部３４に３つの開口３５を設けたが、開口３５の数は適宜設定すればよい。例えば図９に示す外筒１４０は、通気部１４１に２つの開口１４３を形成し、それぞれにカバー１４４を設けたものであるが、開口を１つとしてもよいし、あるいは４つ以上設けてもよい。

次に、本発明に係るガスセンサの第２の実施の形態として、ガスセンサ２０１をその一例に、図１０，図１１を参照して説明する。なお、第２の実施の形態のガスセンサ２０１は、第１の実施の形態のガスセンサ１の外筒３に設けた通気部３４（図１参照）とは形態の異なる被覆部２３４を、外筒２０３に設けたものである。つまり、ガスセンサ２０１を構成する部品のうち、外筒２０３以外の部品はガスセンサ１のものと同一のものが用いられている。したがって、ここでは外筒２０３の形態について説明し、その他の部位については説明を省略もしくは簡略化する。

図１０示す、ガスセンサ２０１の外筒２０３は、第１の実施の形態と同様、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を有底筒状に形成し、底部分を切り抜いて、腕部２３３および被覆部２３４を形成したものである。図１０，図１１に示すように、被覆部２３４は、グロメット９の大気連通孔９１とほぼ同じ大きさの外径を有する円形板状をなし、グロメット９の外周を取り囲む側壁２３９の開口端２３２から径方向内向きに延びる２本の腕部２３３に支えられている。２本の腕部２３３は、第１の実施の形態の腕部３３と同様の傾斜を有する。また、開口端２３２における腕部２３３の根元部分は、腕部３３よりも軸線Ｏ方向先端側にある。そして被覆部２３４には、開口が設けられていない。

このような構成のガスセンサ２０１において、被覆部２３４は、大気連通孔９１に蓋をするように配置される。このため、図１１に示すように、ガスセンサ２０１を軸線Ｏに沿って後端側から見たとき、被覆部２３４に遮られ、フィルタ部材８７を視認することができない。これにより、フィルタ部材８７は草木との接触や飛石等の衝突などから保護され、外部からの衝撃による破損が防止される。

そして２本の腕部２３３は、グロメット９の４つの溝部９３のうち、２つの溝部９３内に配置される。図１０，図１１に示すように、溝部９３のうち、腕部２３３が配置されていない側の溝部９３（ここでは便宜上、溝部９４とする。）では、被覆部２３４と溝部９４との間に大気連通孔９１内へ通ずる間隙２３８を生ずる。この間隙２３８を介し、外部と大気連通孔９１内との通気（つまり外筒２０３の内部と外部との通気）が確保されている。もちろん、腕部２３３が配置された側の溝部９３においても、溝部９３と被覆部２３４との間に間隙２３７を有するので、この間隙２３７を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気は可能である。

また、外筒２０３と腕部２３３および被覆部２３４とが一体に形成されているので、外筒２０３と被覆部２３４とが別体である場合に生じ得る、被覆部２３４が外筒２０３に傾いて組みつけられることや組み付け後に被覆部２３４がぐらつくことなどがなく、被覆部２３４によってフィルタ部材８７を確実に保護できる。さらに、別体に形成した場合には両者に必要となる、互いの固定のための構造を、設けなくともよく、部品点数を減らすだけでなく、構造を簡易なものとすることができる。また、製造過程において、両者の互いの固定のための工数も減らすことができる。

そして、腕部２３３が２本以上（第１の実施の形態では４本）あるので、腕部２３３による被覆部２３４の支持が、より強固になされ、外筒２０３に対する被覆部２３４の位置決めが確実となる。よって、大気連通孔９１に対する被覆部２３４の捻りの発生を防止できる。

なお、第２の実施の形態についても、各種変更が可能である。例えば、上記した外筒１４０（図９参照）のように、腕部が１本であってもよい。あるいは外筒が腕部を４本有し、グロメット９の４つ全ての溝部９３内に、腕部を配置させてもよい。この場合、溝部９３の幅よりも腕部の幅を小さくすれば、腕部と溝部９３との間への大気導入の通気の確実性を確保することができる。そして、被覆部２３４と溝部９３との間隙２３７を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気を確保することができる。もちろん、外筒の腕部やグロメットの溝部の数は、適宜変更可能である。

また、グロメット９側を加工し、例えば腕部２３３と溝部９３との間の間隙に通ずる切り欠き等を設け、その切り欠きを介して腕部２３３と溝部９３との間の通気性を確保してもよい。そして、被覆部２３４と溝部９３との間隙２３７を通じ、外部と大気連通孔９１内との通気を行えるようにしてもよい。

また、第１，第２の実施の形態において、グロメット９には、溝部９３が形成されていなくともよい。この場合、グロメット９の天面９９上に少なくとも一対の突起部を設け、突起部に挟まれる位置に、外筒の腕部３３，２３３が配置されるようにするとよい。あるいは、溝部９３が部分的に溝状に形成されたものであってもよい。つまり、大気連通孔９１付近では溝状をなすものの、外周側に近づくに従って深さがなくなり天面９９と同一化する形態の溝部を形成してもよい。

１ ガスセンサ
３ 外筒
５ 主体金具
６ 検出素子
９ グロメット
３１ 先端部
３３ 腕部
３４ 通気部
３５ 開口
３６ カバー
３７ 開口
３８ 後端部
３９ 側壁
６４ 検出部
８７ フィルタ部材
９１ 大気連通孔
９２ リード線挿通孔
９３ 溝部
１１１ 通気部
１１２ 開口
１１３ メッシュ部材
１２１ 通気部
１２２ 孔
２０１ ガスセンサ
２０３ 外筒
２３３ 腕部
２３４ 被覆部
２３９ 間隙

Claims (5)

1. 軸線方向に延びるとともに、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
   前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、自身の先端部が前記主体金具に溶接にて固定される外筒と、
   前記外筒の後端側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、および、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ前記軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記外筒は、
   前記栓部材の周囲を取り囲む側面部と、
   前記栓部材よりも後方側に配置され、前記栓部材の前記大気連通孔を覆うとともに、少なくとも前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する通気部と、
   径方向に延びるとともに、前記側面部と前記通気部とを連結する板状の腕部と、
   を有し、
   前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びる溝部を有し、
   前記腕部は、前記溝部内に配置されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記外筒が、前記腕部を少なくとも２本以上有するとともに、前記栓部材が前記溝部を少なくとも２つ以上有し、
   前記腕部のそれぞれが、それぞれの前記溝部内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記通気部は、軸線方向に貫通する複数の孔を有した形態、軸線方向の開口にメッシュ状の部材を組み付けた形態、または自身に形成された凸部の側面に開口を有した形態のうちのいずれかの形態に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 軸線方向に延びるとともに、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
   前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、自身の先端部が前記主体金具に溶接にて固定される外筒と、
   前記外筒の後端側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、および、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ前記軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記外筒は、
   前記栓部材の周囲を取り囲む側面部と、
   前記ガスセンサを後方側から軸線方向に見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記フィルタ部材を覆う被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、
   径方向に延びるとともに、前記側面部と前記被覆部とを連結する板状の腕部と、
   を有し、
   前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びる溝部を有し、
   少なくとも１つの前記腕部は、前記溝部内に配置されていることを特徴とするガスセンサ。
5. 前記外筒が、前記腕部を少なくとも２本以上有するとともに、前記栓部材が、前記溝部を少なくとも２つ以上有し、
   前記腕部のそれぞれが、それぞれの前記溝部内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。

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