JP6552914B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサの技術に関する。

従来、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン）の吸気系統や排気系統に取り付けられるガスセンサが知られている。このガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘ）の濃度を検出するために用いられる（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示のガスセンサは、軸線方向先端側にガス検出部を有する検出素子と、検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具（ハウジング）と、検出素子を主体金具内で保持するための積層部材と、を有する。積層部材は、滑石粉末を圧縮して固めた粉体充填層（滑石リング）を含む。主体金具の外周面には、シール部材を配置するための溝部が周方向に亘って形成されている。一般に、主体金具の溝部が形成された部分は、主体金具の他の部分に比べ径方向の厚みが小さい。

特許第５４８５９３１号明細書

粉体充填層は、主体金具内に滑石粉末を収容した後に、収容した滑石粉末を軸線方向後端側から先端側に向けて押し付けることによって形成されている。よって、粉体充填層を形成する際に、主体金具内のうち滑石粉末が位置する充填領域内は圧力が高くなる。充填領域内の圧力が高くなることによって、主体金具と滑石粉末とが直接に接している部分では、滑石粉末によって主体金具に対して径方向外側へ向かう圧力が加えられる。これにより、主体金具が変形する場合が生じ得る。特に、充填領域内の上側部分（軸線方向後端側部分）は、粉体充填層を形成するための押圧力が直接に加えられている地点から近い。よって、充填領域内の上側部分の圧力は、充填領域内の下側部分の圧力よりも高くなるため、主体金具のうち充填領域の上側部分に接する部分は変形の程度が高くなる可能性がある。主体金具が変形した場合、主体金具の内部に配置される部材（例えば、粉体充填層）が設計された値（例えば、圧縮の度合い）からズレる虞がある。

ここで、主体金具のうち溝部が形成された部分（溝形成部）の変形を抑制するために、溝形成部の厚みを大きくする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、主体金具が径方向に大型化する場合があった。

よって、主体金具が径方向に大型化することを抑制しつつ、主体金具が変形することを抑制できる技術が望まれている。このような要望は、シール部材を配置するための溝部が形成された主体金具に限らず、径方向に厚みの小さい部分（薄肉部）を有する主体金具を備えるガスセンサに共通する。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］
軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、
前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサであって、
前記主体金具は、自身の外表面に周方向に亘って形成され、開口を有する溝部を備え、
前記軸線方向において、前記開口の内、前記主体金具と前記粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の先端までの間に位置し、
前記主体金具の後端部が、前記軸線方向の先端側に向けて加締められている、ことを特徴とする、ガスセンサ。
この形態によれば、溝部の内、主体金具と粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上が粉体充填層の中央部から先端までの間の範囲（先端範囲）に位置する。ここで、粉体充填層が形成される際に、主体金具の先端範囲に位置する部分に加わる圧力は、粉体充填層の中央部から後端までの間の範囲である後端範囲に位置する部分に加わる圧力よりも低くできる。よって、主体金具の溝部が位置する部分（溝部形成部）の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける溝部の変形を抑制できる。
［形態２］
軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、
前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサであって、
前記主体金具は、前記軸線方向において、前記粉体充填層と少なくとも一部が重なる部分のうち最も径方向の厚みが小さい薄肉部を有し、
前記軸線方向において、前記薄肉部の内、前記主体金具と前記粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の前記軸線方向における先端までの間に位置する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
この形態によれば、薄肉部の内、主体金具と粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上が粉体充填層の中央部から先端までの間（先端範囲）に位置する。ここで、粉体充填層が形成される際に、主体金具の先端範囲の位置する部分に加わる圧力は、後端範囲に位置する部分に加わる圧力よりも低くできる。よって、主体金具の薄肉部の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける薄肉部の変形を抑制できる。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、 前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサが提供される。前記主体金具は、自身の外表面に周方向に亘って形成され、開口を有する溝部を備え、前記軸線方向において、前記開口の半分以上の部分は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の先端までの間に位置する。
この形態によれば、溝部の開口の半分以上の部分が粉体充填層の中央部から先端までの間の範囲（先端範囲）に位置する。ここで、粉体充填層が形成される際に、主体金具の先端範囲に位置する部分に加わる圧力は、粉体充填層の中央部から後端までの間の範囲である後端範囲に位置する部分に加わる圧力よりも低くできる。よって、主体金具の溝部が位置する部分（溝部形成部）の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける溝部形成部の変形を抑制できる。

（２）上記形態のガスセンサであって、前記溝部には、前記ガスセンサが取り付けられる取付対象体と前記主体金具との間をシールするためのシール部材が配置されても良い。この形態によれば、シール部材によって取付対象体と主体金具との間をシールできる。

（３）上記形態のガスセンサであって、前記溝部は、径方向において前記開口と対向する底面を有しても良い。この形態によれば、底面を有する溝部を提供できる。

（４）上記形態のガスセンサであって、前記溝部の全体は、前記中央部から前記粉体充填層の前記先端までの間に位置しても良い。この形態によれば、粉体充填層を形成するときに、主体金具に加えられる圧力がより低い部分に溝部を設けることができる。よって、主体金具の溝部が位置する部分（溝部形成部）の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける溝部形成部の変形をより抑制できる。

（５）上記形態のガスセンサであって、さらに、前記検出素子が挿入される第１挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第１挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の後端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第１部材と、前記検出素子が挿入される第２挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第２挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の先端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第２部材と、を備え、前記第２部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ２は、前記第１部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ１よりも大きくても良い。この形態によれば、面積Ｓ２の方が面積Ｓ１よりも大きいので、主体金具の先端側に加わる圧力を下げることができるため、主体金具（特に、溝部形成部）の変形をより抑制できる。

（６）本発明の他の一形態によれば、軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサであって、前記主体金具は、前記軸線方向において、前記粉体充填層と少なくとも一部が重なる部分のうち最も径方向の厚みが小さい薄肉部を有し、前記軸線方向において、前記薄肉部の半分以上の部分は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の前記軸線方向における先端までの間に位置する。
この形態によれば、薄肉部の半分以上の部分が粉体充填層の中央部から先端までの間（先端範囲）に位置する。ここで、粉体充填層が形成される際に、主体金具の先端範囲の位置する部分に加わる圧力は、後端範囲に位置する部分に加わる圧力よりも低くできる。よって、主体金具の薄肉部の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける薄肉部の変形を抑制できる。

（７）上記形態のガスセンサであって、前記薄肉部には、前記ガスセンサが取り付けられる取付対象体と前記主体金具との間をシールするためのシール部材が配置されても良い。この形態によれば、シール部材によって取付対象体と主体金具との間をシールできる。

（８）上記形態のガスセンサであって、前記薄肉部は、前記軸線方向に延びる外表面を有しても良い。この形態によれば、外表面を有する薄肉部を提供できる。

（９）上記形態のガスセンサであって、前記薄肉部の全体は、前記中央部から前記粉体充填層の前記先端までの間に位置しても良い。この形態によれば、粉体充填層を形成するときに、主体金具に加えられる圧力がより低い部分に薄肉部を設けることができる。よって、主体金具の薄肉部の径方向の厚みを大きくすることなく、粉体充填層を形成するときにおける薄肉部の変形をより抑制できる。

（１０）上記形態のガスセンサであって、さらに、前記検出素子が挿入される第１挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第１挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の後端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第１部材と、前記検出素子が挿入される第２挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第２挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の先端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第２部材と、を備え、前記第２部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ２は、前記第１部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ１よりも大きくても良い。この形態によれば、面積Ｓ２の方が面積Ｓ１よりも大きいので、主体金具の先端側に加わる圧力を下げることができるため、主体金具（特に、薄肉部）の変形をより抑制できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスセンサの他に、主体金具、ガスセンサ又は主体金具の製造方法等の態様で実現することができる。

本発明の第１実施形態としてのガスセンサの断面図である。 端子収容ユニットの斜視図である。 検出素子の斜視図である。 粉体充填層の形成工程図である。 第１実施形態のガスセンサの部分拡大図である。 本発明の第２実施形態としてのガスセンサの断面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としてのガスセンサ２００の断面図である。図２は、端子収容ユニット１０の斜視図である。図３は、検出素子２０の斜視図である。図１において、検出素子２０の軸線Ｏに平行な方向を軸線方向ＣＤとし、紙面上側をガスセンサ２００の後端側ＢＳとし、紙面下側をガスセンサ２００の先端側ＡＳとする。

このガスセンサ２００（図１）は、例えば、内燃機関の吸気系統（例えば吸気配管）に取り付けられ、吸気系統を流れる吸入ガス中の特定ガス濃度（酸素濃度）を検出するための検出信号を出力する。本実施形態のガスセンサ２００は、エンジンの空燃比制御などに用いられる吸入ガスの酸素濃度を測定する。ガスセンサ２００は、エンジンの吸入配管８１に図示しない取付機構（例えば、ねじ）を用いて取り付けられている。ガスセンサ２００の先端側ＡＳは、吸入配管８１内の流路８４内に配置される。

ガスセンサ２００は、後端側ＢＳから先端側ＡＳの順に、端子収容ユニット１０と、取付部１５と、主体金具１６と、プロテクタ１７とを備える。また、ガスセンサ２００は、軸線方向ＣＤに延びる検出素子２０を備える。

検出素子２０（図３）は、板状形状であり、互いに対向する第１板面２０ｆａと第２板面２０ｆｂとを有する。第１板面２０ｆａと第２板面２０ｆｂとは、検出素子２０の主面を形成する。第１板面２０ｆａと第２板面２０ｆｂとのそれぞれは、検出素子２０の外表面のうち最も面積が大きい面である。

検出素子２０は、軸線方向ＣＤの先端側ＡＳ側に位置する検出部２１と、軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに位置する素子後端部２２とを有する。素子後端部２２は、第１板面２０ｆａに形成された第１〜第３の金属端子部２４ａ〜２４ｃと、第２板面２０ｆｂに形成された第４と第５の金属端子部２４ｄ，２４ｅとを有する。各金属端子部２４ａ〜２４ｅは、白金等の金属や導電性を有する部材によって形成され、それぞれの表面形状が略矩形状である。第２の金属端子部２４ｂは、他の金属端子部２４ａ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅに比べて後端側ＢＳに配置されている。ここで、第１〜第５の金属端子部２４ａ〜２４ｅを区別することなく用いる場合は、「金属端子部２４」を用いる。検出部２１は、被測定ガス中の特定ガス成分（例えば、酸素）の濃度を検出するために用いられる。図１に示すように、検出素子２０のうち検出部２１が位置する先端側部分は、多孔質部材によって形成された検出部保護層９０で覆われている。検出部保護層９０は、被測定ガス中に含まれる不純物（例えば、水）が検出部２１に付着することを抑制する機能を有する。

空燃比センサとして用いられる検出素子２０（図３）は、従来の検出素子と同様の構成であるため、その内部構造等の詳細説明は省略するが、概略構成を以下に説明する。検出素子２０は、検出部２１が形成された板状形状の素子層２８と、素子層２８を加熱するための板状形状のヒータ層２９とが積層した積層体である。素子層２８はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを、中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。素子層２８は、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方の電極（「第１電極」とも呼ぶ。）を外部に晒すと共に、一対の電極の他方の電極（「第２電極」とも呼ぶ。）を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置する。また、素子層２８は、第２電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルを有する。そして素子層２８は、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御することで、測定室内の酸素を汲み出したり、測定室内に外部から酸素を汲み入れたりする構成を有する。なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部２１を構成する。金属端子部２４は、検出部２１から検出信号を取り出すためや、ヒータ層２９に埋設された電熱線に電力を供給するために用いられる。

端子収容ユニット１０（図１）は、後端側ＢＳに底部３１を有する有底筒状のセパレータ部３０と、底部３１を自身の底部として構成する有底筒状の基体部４０とを備える。すなわち、セパレータ部３０と基体部４０との底部は共通する。基体部４０は、セパレータ部３０の外周を取り囲む筒状の本体部４１と、本体部４１から軸線方向ＣＤに対して交差する方向に延びるコネクタ部５０とを有する。本実施形態では、コネクタ部５０は軸線方向ＣＤと直交する方向に延びる。端子収容ユニット１０は、樹脂部材によって一体成形されている。樹脂部材としては、成形性のよい樹脂、例えば、ナイロン（登録商標）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニルスルファイド）等を用いることができる。

セパレータ部３０（図２）は、検出素子２０や後述する接続端子６０を収容するための第１〜第６の収容空間部３４ａ〜３４ｆと、６つの収容空間部３４ａ〜３４ｆを仕切る隔壁３５とを有する。図１に示すように、隔壁３５は底部３１からセパレータ部３０の先端側端面の近傍まで延びる複数の板状部材によって構成されている。隔壁３５は、軸線方向ＣＤと直交する平面において、第１〜第６の収容空間部３４ａ〜３４ｆを仕切る。図２に示すように、第１〜第５の収容空間部３４ａ〜３４ｅには、対応する第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅがそれぞれ収容される。第６の収容空間部３４ｆには、検出素子２０の素子後端部２２と第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅの一部（詳細には、第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅの素子当接部の一部）が収容される。

セパレータ部３０を先端側ＡＳから見た場合に、第６の収容空間部３４ｆは、筒状のセパレータ部３０の略中央に配置され、第１〜第５の収容空間部３４ａ〜３４ｅは第６の収容空間部３４ｆよりもセパレータ部３０の径方向外側に配置されている。ここで、第１〜第６の収容空間部３４ａ〜３４ｆを区別することなく用いる場合は、「収容空間部３４」を用いる。また、第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅを区別することなく用いる場合は、「接続端子６０」を用いる。

基体部４０の本体部４１（図２）は、セパレータ部３０の外周を取り囲む側部４４を有する。側部４４は、軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに位置する底部３１の周縁部から軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに延びる。側部４４は、セパレータ部３０の径方向周囲を取り囲むように配置されている。図１に示すように、隔壁３５と側部４４とは底部３１によって間接的に接続されている。また、図２に示すように、隔壁３５と側部４４とは少なくとも先端側ＡＳにおいて、直接的に接続されている。

コネクタ部５０（図１）内には、検出素子２０から出力される検出信号を外部に取り出すためのコネクタ端子５２（詳細にはコネクタ端子５２の一端部５４）が収容されている。コネクタ端子５２は、接続端子６０の数に対応して５つ設けられている（図１では１つのみ図示）。コネクタ端子５２は、基体部４０にインサート成形されることで基体部４０に取り付けられている。

各コネクタ端子５２の他端部５６は、第１〜第５の収容空間部３４ａ〜３４ｅ内で対応する接続端子６０と電気的に接続している。コネクタ端子５２の一端部５４はコネクタ部５０の開口部５８内に配置され、開口部５８に外部のコネクタが挿入されることで、外部のコネクタ内に配置された端子がコネクタ端子５２の一端部５４に電気的に接続される。これにより、外部のコネクタを介して酸素濃度を算出するための測定機器に対して検出信号が伝達される。

主体金具１６は、検出素子２０が内側に配置される筒状の部材である。主体金具１６は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼によって形成される。主体金具１６は、検出素子２０の軸線方向ＣＤを中心とした周囲を取り囲む。主体金具１６は、検出素子２０の検出部２１が先端側ＡＳに突出すると共に素子後端部２２が後端側ＢＳに突出するように検出素子２０を保持する。主体金具１６のうち後端側ＢＳに位置する後端側外周部１６８には、取付部１５がレーザー溶接等によって取り付けられている。主体金具１６のうち先端側ＡＳに位置する先端側外周部１６７には、プロテクタ１７がレーザー溶接によって取り付けられている。

ガスセンサ２００（図１）は、さらに、セラミックホルダ１７５と、粉体充填層１７３と、セラミックスリーブ１７１とを備える。更に、セラミックスリーブ１７１と主体金具１６の後端部１６４との間には、加締リング１５７が配置されている。

セラミックホルダ１７５及びセラミックスリーブ１７１は、アルミナによって形成されている。セラミックスリーブ１７１及びセラミックホルダ１７５は、軸線方向ＣＤに沿った矩形状の軸孔１７１Ｈ，１７５Ｈを有する筒状体である。このセラミックスリーブ１７１及びセラミックホルダ１７５は、その矩形状の軸孔１７１Ｈ，１７５Ｈに板状の検出素子２０を挿通する。セラミックスリーブ１７１の軸孔１７１Ｈを第１挿通孔１７１Ｈとも呼び、セラミックホルダ１７５の軸孔１７５Ｈを第２挿通孔１７５Ｈとも呼ぶ。

セラミックホルダ１７５は、粉体充填層１７３よりも先端側ＡＳに配置されている。セラミックホルダ１７５は、主体金具１６のうち先端側ＡＳに位置する棚部１６９に係止されている。

セラミックスリーブ１７１は、粉体充填層１７３の後端側ＢＳに配置されている。セラミックスリーブ１７１は、粉体充填層１７３の元となる滑石粉末を先端側ＡＳに向かって押し付けるための部材である。セラミックスリーブ１７１の後端側には加締リング１５７が配置されている。セラミックスリーブ１７１は、主体金具１６内に配置された後、主体金具１６の後端部１６４を径方向内側かつセラミックスリーブ１７１の後端面に向けて加締めることによって、加締めリング１５７を介して主体金具１６内に固定されている。

粉体充填層１７３は、粉体材料としての滑石粉末が主体金具１６内に圧縮充填されることによって形成される。粉体充填層１７３の内部には検出素子２０が挿通される。粉体充填層１７３は、主体金具１６の内表面１６ｆａと直接に接するように検出素子２０の外表面と主体金具１６の内表面１６ｆａとの間に配置されている。

主体金具１６は、さらに、周方向に亘って外表面１６ｆｂに形成された溝部１６２を有する。この溝部１６２には、吸入配管８１と主体金具１６との間をシールするためのシール部材１５８が配置される。本実施形態では、シール部材１５８はＯ−リングである。シール部材８０は、ガスセンサ２００が吸入配管８１に取り付けられる際に、吸入配管８１のセンサ取り付け孔の内壁に圧接されることにより弾性変形する。このシール部材１５８の弾性変形によって、センサ取り付け孔とガスセンサ２００との間がシールされる。

プロテクタ１７（図１）は、外部プロテクタ１８と、外部プロテクタ１８の内側に位置する内部プロテクタ１９と、を有する。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は有底筒状である。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は、複数の孔部を有する金属製の部材である。これらの複数の孔部を通過して内部プロテクタ１９内に被測定ガスが流入する。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は、検出素子２０の検出部２１を覆うことによって流路８４内を流れる異物（例えば、水）が検出部２１に付着することを抑制する。

取付部１５は、主体金具１６と端子収容ユニット１０とを接続する部材である。取付部１５は、ステンレス鋼等の金属製の部材である。取付部１５のうち先端側ＡＳに位置する部分は主体金具１６にレーザー溶接等に取り付けられ、後端側ＢＳに位置する部分は端子収容ユニット１０の基体部４０に加締めによって取り付けられている。基体部４０（詳細には、本体部４１）の先端側端面に形成された溝４１１には、シール部材１５９が配置されている。シール部材１５９はＯ−リングである。このシール部材１５９は、取付部１５と基体部４０との取付部分を封止する。取付部１５は、図１の紙面方向に突出する一対のフランジ部（図示せず）を有する。フランジ部には孔が形成されている。この孔にネジを挿通し、取付対象体に設けられたネジ孔にネジ止めすることでガスセンサ２００が取付対象体に取り付けられる。ここで、ネジ孔は１個でも複数でも良い。

図４は、粉体充填層１７３の形成工程図である。まず、主体金具１６内にセラミックホルダ１７５と、滑石粉末と、セラミックスリーブ１７１と、検出素子２０とを配置する（ステップＳ１０）。具体的には、セラミックホルダ１７５を棚部１６９（図１）に係止させた後に、検出素子２０をセラミックホルダ１７５の軸孔に挿通させる。そして、セラミックホルダ１７５上に、滑石粉末とセラミックスリーブ１７１とをこの順番で積層する。次に、治具を用いてセラミックスリーブ１７１を後端側ＢＳから先端側ＡＳに向けて押すことによって、滑石粉末を圧縮して粉体充填層１７３を形成する（ステップＳ２０）。滑石粉末が軸線方向ＣＤに圧縮される際には、滑石粉末によって主体金具１６には径方向外側に向かう圧力が加えられる。最後に、加締リング１５７をセラミックスリーブ１７１後端側（図中の上側）に配置した後に、主体金具１６の後端部１６４を加締める（ステップＳ３０）。粉体充填層１７３によって、検出素子２０は主体金具１６内に保持されると共に、主体金具１６内を気密にできる。ここで、第２部材としてのセラミックホルダ１７５について、粉体充填層１７３と接する面（後端面）のうち軸線方向ＣＤに垂直な平面部分１７５Ｐの面積を面積Ｓ２とする。また、第１部材としてのセラミックスリーブ１７１について、粉体充填層１７３と接する面（先端面）のうち軸線方向ＣＤに垂直な平面部分１７１Ｐの面積を面積Ｓ１とする。この場合、面積Ｓ２は面積Ｓ１よりも大きい。粉体充填層１７３と接する部分のうち、軸線方向ＣＤに垂直な平面部分の面積が大きい方が、粉体充填層１７３から受ける圧力を分散させて低くできる。本実施形態によれば、セラミックホルダ１７５の平面部分１７５Ｐの面積Ｓ２がセラミックスリーブ１７１の平面部分１７１Ｐの面積Ｓ１よりも大きいため、主体金具１６の先端側に加わる圧力を下げることができるため、主体金具１６の開口１６５が形成された部分の変形を抑制できる。

図５は、ガスセンサ２００の部分拡大図である。図５を用いて、溝部１６２の詳細構成と、配置位置について説明する。ここで、軸線方向ＣＤにおいて、粉体充填層１７３が配置された範囲を第１範囲Ｒａと呼ぶ。また、軸線方向ＣＤにおいて、第１範囲Ｒａの先端ＰＡｔと後端ＰＢｔの中央を中央部ＰＭｔと呼ぶ。また、軸線方向ＣＤにおいて、中央部ＰＭｔから先端ＰＡｔまでの間の範囲を先端範囲Ｒｂと呼ぶ。

溝部１６２は、主体金具１６の径方向における外側に開口１６５を有する。主体金具１６のうち、開口１６５を規定する後端側ＢＳ端部を第１端部１６５Ａと呼び、先端側ＡＳ端部を第２端部１６５Ｂと呼ぶ。開口１６５は、軸線方向ＣＤに垂直な方向に開口している。つまり、溝部１６２は、軸線方向ＣＤに所定の長さに亘り形成されている。溝部１６２は、さらに、主体金具１６の径方向（図５の左右方向）において開口１６５と対向する底面１６６を有する。底面１６６は、軸線方向ＣＤと平行に延びる。つまり、溝部１６２は、一定の深さを有する形状である。主体金具１６の溝部１６２が形成された部分（溝部形成部）は、第１範囲Ｒａにおいて、径方向の厚みが小さく、その中でも底面１６６が形成された部分が最も径方向の厚みが小さい。よって、この最も径方向の厚みが小さい部分を薄肉部１６３とも呼ぶ。軸線方向ＣＤにおいて、溝部１６２及び薄肉部１６３の全体が先端範囲Ｒｂに位置する。

ここで、粉体充填層１７３は、後端側ＢＳから先端側ＡＳへ向けて滑石粉末を押すことで軸線方向ＣＤに沿って圧縮されることによって形成される。よって、粉体充填層１７３を形成する際には、主体金具１６内の圧力が高くなり主体金具１６が径方向外側に膨らむように変形する場合がある。特に、滑石粉末を押圧する起点となる後端側ＢＳは、先端側ＡＳよりも主体金具１６内の圧力が高くなる。つまり、粉体充填層１７３が形成される際に、主体金具１６の先端範囲Ｒｂに位置する部分に加わる圧力は、中央部ＰＭｔから第１範囲Ｒａの後端までの間の範囲（後端範囲）に加わる圧力よりも低い。上記第１実施形態によれば、溝部１６２全体が中央部ＰＭｔから第１範囲の先端までの間（先端範囲Ｒｂ）に位置する（図５）。よって、粉体充填層１７３が形成される際に、主体金具１６の溝部１６２が位置する部分（薄肉部１６３）に加わる圧力を抑制できるため、薄肉部１６３の径方向の厚みを大きくすることなく、薄肉部１６３及び溝部１６２の変形を抑制できる。

また上記第１実施形態によれば、溝部１６２にはシール部材１５８が配置される。これにより、吸入配管８１と主体金具１６との間をシールできるため吸入ガスが外部に漏れ出すことを抑制できる。また、第１実施形態では、溝部１６２の変形を抑制できるため、シール部材１５８の位置ズレを抑制できる。また、溝部１６２は一定の深さを有し、軸線方向ＣＤに沿って延びる底面１６６を有する。これにより、シール部材１５８を安定に溝部１６２に配置できる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、本発明の第２実施形態としてのガスセンサ２００ａの断面図である。第１実施形態のガスセンサ２００と第２実施形態のガスセンサ２００ａとの異なる点は、溝部１６２ａの形状と、シール部材１５８ａの配置位置である。その他の構成について第１実施形態のガスセンサ２００と第２実施形態のガスセンサ２００ａとは同一であるため、同一の構成について同一符号を付すと共に説明を省略する。

ガスセンサ２００ａの主体金具１６ａは、周方向に亘って外表面１６ｆｂに形成された溝部１６２ａを有する。溝部１６２ａは、径方向外側から径方向内側に向かって縮径するテーパ形状である。本実施形態では、軸線方向ＣＤに平行な溝部１６２ａの断面形状はＶ字形状である。主体金具１６ａは、軸線方向ＣＤにおいて溝部１６２ａが形成された位置に薄肉部１６３ａを有する。薄肉部１６３ａは、軸線方向ＣＤにおいて、第１範囲Ｒａに位置する主体金具１６ａのうちで最も径方向の厚みが小さい部分である。つまり、本実施形態において薄肉部１６３ａは、溝部１６２ａのＶ字形状の最も深い部分（Ｖ字先端）に相当する位置にある。溝部１６２ａ全体、及び、薄肉部１６３ａ全体は、軸線方向ＣＤにおいて先端範囲Ｒｂに位置する。溝部１６２ａは、主体金具１６ａを軽量化するために形成されている。また、別の実施形態では、溝部１６２ａは放熱用に用いられても良い。また、溝部１６２ａは、軸線方向ＣＤの異なる位置に複数形成されていても良い。

シール部材１５８ａは、取付部１５のうち径方向外側に突出する部分に設けられている。シール部材１５８ａは、Ｏ−リングである。シール部材１５８ａは、ガスセンサ２００と吸入配管８１との間を封止する。

上記第２実施形態によれば、薄肉部１６３ａ全体が中央部ＰＭｔから第１範囲の先端までの間（先端範囲Ｒｂ）に位置する（図６）。よって、粉体充填層１７３が形成される際に、主体金具１６の薄肉部１６３ａに加わる圧力を抑制できるため、薄肉部１６３ａの径方向の厚みを大きくすることなく、薄肉部１６３ａ及び溝部１６２ａの変形を抑制できる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

Ｃ−１．第１変形例：
上記第１，第２実施形態では、溝部１６２，１６２ａ全体、及び、薄肉部１６３，１６３ａ全体が先端範囲Ｒｂに位置していたがこれに限定されるものではない。例えば、第１実施形態において、開口１６５及び薄肉部１６３（図５）の半分以上の部分が先端範囲Ｒｂに位置していても良い。また例えば、第２実施形態において、薄肉部１６３ａが軸線方向ＣＤに長さを有する場合、薄肉部１６３ａの半分以上の部分が先端範囲Ｒｂに位置していても良い。このようにしても、上記第１，第２実施形態と同様に、薄肉部１６３，１６３ａの径方向の厚みを大きくすることなく、薄肉部１６３，１６３ａ及び溝部１６２，１６２ａの変形を抑制できる。ここで、開口１６５及び薄肉部１６３，１６３ａの半分以上とは、開口１６５及び薄肉部１６３，１６３ａの軸線方向ＣＤに沿った長さの半分以上を意味する。

Ｃ−２．第２変形例：
上記第１実施形態では、図１に示すように溝部１６２にはシール部材１５８が配置されていたが配置されていなくても良い。この場合、第１実施形態のガスセンサ２００は、第２実施形態のガスセンサ２００ａと同様の箇所にシール部材１５８ａ（図６）を配置しても良い。また上記第２実施形態では、溝部１６２ａとは異なる部分にシール部材１５８ａが配置されていたが、シール部材１５８ａは溝部１６２ａに配置されても良い。

Ｃ−３．第３変形例：
上記第２実施形態では、薄肉部１６３ａの外表面はＶ字形状であったが（図６）、これに限定されるものではない。例えば、薄肉部１６３ａは、第１実施形態の薄肉部１６３と同様に、軸線方向ＣＤに平行に延びる外表面を有していても良い。薄肉部１６３ａが軸線方向に平行に延びる外表面を有することによって、第１実施形態と同様に、開口１６５と開口と対向する底面１６６（薄肉部１６３ａの外表面）を有する形状を形成する。

Ｃ−４．第４変形例：
上記第１，第２実施形態のガスセンサ２００，２００ａは、吸入配管８１を流れる吸入ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサであったが、これに限定されるものではなく、各種の特定ガスの濃度を測定するためのガスセンサに本発明は適用できる。例えば、ガスセンサ２００，２００ａは、エンジンの排気管内を流れる排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサであっても良い。

１０…端子収容ユニット
１５…取付部
１６，１６ａ…主体金具
１６ｆａ…内表面
１６ｆｂ…外表面
１７…プロテクタ
１８…外部プロテクタ
１９…内部プロテクタ
２０…検出素子
２０ｆａ…第１板面
２０ｆｂ…第２板面
２１…検出部
２２…素子後端部
２４…金属端子部
２４ａ…第１の金属端子部
２４ｂ…第２の金属端子部
２４ｃ…第３の金属端子部
２４ｄ…第４の金属端子部
２４ｅ…第５の金属端子部
２８…素子層
２９…ヒータ層
３０…セパレータ部
３１…底部
３４ａ…第１の収容空間部
３４ｂ…第２の収容空間部
３４ｃ…第３の収容空間部
３４ｄ…第４の収容空間部
３４ｅ…第５の収容空間部
３４ｆ…第６の収容空間部
３５…隔壁
４０…基体部
４１…本体部
４４…側部
５０…コネクタ部
５２…コネクタ端子
５４…一端部
５６…他端部
５８…開口部
６０…接続端子
６０ａ…第１の接続端子
６０ｂ…第２の接続端子
６０ｃ…第３の接続端子
６０ｄ…第４の接続端子
６０ｅ…第５の接続端子
８０…シール部材
８１…吸入配管
９０…検出部保護層
１５７…加締リング
１５８，１５８ａ…シール部材
１６２，１６２ａ…溝部
１６３，１６３ａ…薄肉部
１６４…後端部
１６５…開口
１６５Ａ…第１端部
１６５Ｂ…第２端部
１６６…底面
１６７…先端側外周部
１６８…後端側外周部
１６９…棚部
１７１…セラミックスリーブ
１７１Ｈ…第１挿通孔
１７１Ｐ…平面部分
１７３…粉体充填層
１７５…セラミックホルダ
１７５Ｈ…第２挿通孔
１７５Ｐ…平面部分
２００，２００ａ…ガスセンサ
４１１…溝
ＡＳ…先端側
ＢＳ…後端側
ＣＤ…軸線方向
ＰＡｔ…先端
ＰＢｔ…後端
ＰＭｔ…中央部
Ｒａ…第１範囲
Ｒｂ…先端範囲

Claims (10)

1. 軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
   前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサであって、
   前記主体金具は、自身の外表面に周方向に亘って形成され、開口を有する溝部を備え、
   前記軸線方向において、前記開口の内、前記主体金具と前記粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の先端までの間に位置し、
   前記主体金具の後端部が、前記軸線方向の先端側に向けて加締められている、ことを特徴とする、ガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサであって、
   前記溝部には、前記ガスセンサが取り付けられる取付対象体と前記主体金具との間をシールするためのシール部材が配置される、ことを特徴とする、ガスセンサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のガスセンサであって、
   前記溝部は、径方向において前記開口と対向する底面を有する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記溝部の全体は、前記中央部から前記粉体充填層の前記先端までの間に位置する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のガスセンサであって、さらに、
   前記検出素子が挿入される第１挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第１挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の後端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第１部材と、
   前記検出素子が挿入される第２挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第２挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の先端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第２部材と、を備え、
   前記第２部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ２は、前記第１部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ１よりも大きい、ことを特徴とする、ガスセンサ。
6. 軸線方向に延び、前記軸線方向の先端側に特定ガスの濃度を検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出素子の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
   前記主体金具の内表面と直接に接するように前記検出素子の外表面と前記主体金具の前記内表面との間に配置された粉体充填層と、を備えるガスセンサであって、
   前記主体金具は、前記軸線方向において、前記粉体充填層と少なくとも一部が重なる部分のうち最も径方向の厚みが小さい薄肉部を有し、
   前記軸線方向において、前記薄肉部の内、前記主体金具と前記粉体充填層とが直接接している領域に形成されている部分の半分以上は、前記粉体充填層の中央である中央部から前記粉体充填層の前記軸線方向における先端までの間に位置する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
7. 請求項６に記載のガスセンサであって、
   前記薄肉部には、前記ガスセンサが取り付けられる取付対象体と前記主体金具との間をシールするためのシール部材が配置される、ことを特徴とする、ガスセンサ。
8. 請求項６又は請求項７に記載のガスセンサであって、
   前記薄肉部は、前記軸線方向に延びる外表面を有する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
9. 請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記薄肉部の全体は、前記中央部から前記粉体充填層の前記先端までの間に位置する、ことを特徴とする、ガスセンサ。
10. 請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載のガスセンサであって、さらに、
    前記検出素子が挿入される第１挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第１挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の後端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第１部材と、
    前記検出素子が挿入される第２挿入孔を有し、前記主体金具内において、前記第２挿入孔内に前記検出素子を挿入しつつ前記粉体充填層に対し前記軸線方向の先端側に配置されて、前記粉体充填層を圧縮する第２部材と、を備え、
    前記第２部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ２は、前記第１部材について、前記粉体充填層と接する面のうち前記軸線方向に垂直な面の面積Ｓ１よりも大きい、ことを特徴とする、ガスセンサ。

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