WO2013065270A1

WO2013065270A1 - ガスセンサ

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Publication number: WO2013065270A1
Application number: PCT/JP2012/006872
Authority: WO
Inventors: 大輝田渕; 加藤　秀和; 藤田　康弘; 充杉原; 渥美　尚勝
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-05-10
Also published as: JP5931664B2; CN103917865B; CN103917865A; JP2013117521A; US9347914B2; US20140190829A1

Abstract

主体金具の製造を煩雑にすることなく、且つ、金属部の径方向の位置ズレを防止しつつ、溶射層が剥離することを防止したガスセンサを提供する。鍔部３ａを有する素子本体３ｓと、素子本体の外表面に設けられた外側電極３ｃと、を有するガスセンサ素子３と、テーパ状の受け面２０ｅを有する主体金具２０と、鍔部と受け面との間に介装される環状の金属部２０２と、を備えたガスセンサ１００であって、素子本体の先端部から鍔部の側面３ａｓまで、外側電極を覆う多孔質の溶射層５が形成され、軸線Ｏ方向に沿う断面を見たときに、金属部の径方向外側面２０２ｙと先端向き面２０２ｆとを繋ぐ角部２０２ｊは、鍔部の側面上に設けられた溶射層の外表面５ａｓと軸線方向に重なっているか又は該外表面より径方向外側にはみ出しつつ、受け面に接すると共に、金属部の後端向き面２０２ｒと溶射層の外表面とは、鍔部の側面よりも径方向内側にて接する。

Description

ガスセンサ

　本発明は、被検出ガスの濃度を検出するガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。

　自動車等の排気ガス中の特定ガス（酸素やＮＯ_ｘ）の濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いたガスセンサ素子を有するものが知られている。このようなガスセンサとして、筒状の素子本体の外表面に外側電極を設けたガスセンサ素子を有し、このガスセンサ素子の径方向周囲を主体金具で取り囲んで保持する構成が知られている（特許文献１）。
　ここで、図１２に示すように、ガスセンサ素子３の素子本体３ｓには径方向外側に突出する鍔部３ａが形成され、主体金具１０００の内面に設けたテーパ状の受け面１０００ｅに鍔部３ａの先端向き面３ａｆを間接的に当接させ、ガスセンサ素子３を保持している。又、主体金具１０００の受け面１０００ｅとガスセンサ素子３の鍔部３ａとの間には環状平板状の金属パッキン１２が配置され（図１２（ａ））、主体金具１０００の後端側を加締め、ガスセンサ素子３と主体金具１０００との間に充填された粉末充填材６がガスセンサ素子３の鍔部３ａを先端側に押圧した際、金属パッキン１２が受け面１０００ｅに沿って変形することになっている（図１２（ｂ））。

特開２００３－１１４２１０号公報（図１１）特開２００７－３２２１３４号公報（図２、図４）

　しかしながら、特許文献１のガスセンサでは、図１２（ｂ）に示すように、主体金具１０００の受け面１０００ｅの外径に対して、金属パッキン１２の角部１２ａの外径が小さいため、主体金具１０００の受け面１０００ｅに沿って金属パッキン１２が変形する際、金属パッキン１２が径方向に位置ズレしてしまう。なお、金属パッキン１２の角部１２ｊは、金属パッキン１２の先端向き面１２ｆと金属パッキン１２の側面１２ｙとの角部を指す。これに対し、金属パッキン１２の外径を主体金具１０００の受け面１０００ｅに対してより近接するようにすることで、主体金具１０００の受け面１０００ｅに沿って金属パッキン１２が変形する際、金属パッキン１２が径方向に位置ズレしてしまうことを抑制できる。

　ところで、ガスセンサ素子３の外側電極を被検出ガス中の被毒物質等から保護するため、溶射被膜（溶射層５）で外側電極を覆うことが有効である。そして、この溶射層５は、素子本体３ｓの先端部から鍔部３ａの先端向き面３ａｆを経て少なくとも鍔部３ａの側面３ａｓまで形成することが必要となる（図１２（ｂ）参照）。これは、外側電極と外部回路とを接続するための外側リード部（図示せず）が鍔部３ａの先端向き面３ａｆや側面３ａｓに設けられることとなるが、このリード部と主体金具１０００とが短絡し、センサ出力にノイズが重畳することを防止するためである。

　しかしながら、鍔部の側面３ａｓまで溶射層５を形成すると、上述のように、主体金具１０００の受け面１０００ｅの外径に対してより近接するように金属パッキン１２の外径を設けた場合、鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５が鍔部の側面３ａｓから剥離するおそれがある。これは、金属パッキン１２を主体金具１０００の受け面１０００ｅに配置する際に、鍔部の側面３ａｓと先端向き面３ａｆとをつなぐ角部３ａｃ近傍の溶射層５（詳細には、鍔部３ａの先端向き面３ａｆ上に設けた溶射層５よりも径方向外側に位置する溶射層５）に金属パッキン１２が当接する。この状態で、さらに、主体金具１０００の後端側を加締めるための加締め応力が、鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａの側面３ａｓに沿った方向に加わることで、鍔部３ａの側面３ａｓと溶射層５との界面が剥離するためである。なお、鍔部３ａの先端向き面３ａｆ上にも溶射層５が設けられており、この溶射層５においても主体金具１０００の後端側を加締めるための加締め応力が加わるが、この応力は鍔部３ａの先端向き面３ａｆに交差する方向に（圧縮応力として）加わるため、鍔部３ａの先端向き面３ａｆと溶射層５との界面が剥離することがない。

　さらに、ガスセンサ素子の鍔部を受ける主体金具の受け面を、主受け面と、金属パッキンの外周端部が配され主受け面から径方向外側に繋がる外側受け面との２段に構成したガスセンサが知られている（特許文献２）。このガスセンサでは、外側受け面に金属パッキンを載置した後、ガスセンサ素子を主体金具内に収容し、さらにガスセンサ素子を先端側に押圧して金属パッキンを主受け面に馴染むように変形させている。これにより、主体金具の段部に対して金属パッキンが径方向に位置ズレすることを防ぐことができる。
　なお、この金属パッキンは、主受け面に接して先端側へ向かって窄まるテーパ状の内側部分と、該内側部分の外端縁から水平方向に折曲する外側部分とからなっている。

　その上、特許文献２記載のガスセンサの場合、主体金具の段部を２段に形成し、金属パッキンの外側部分が水平方向に折曲しているため、ガスセンサ素子に溶射層が設けられた場合であっても、鍔部の角部近傍の溶射層と金属パッキンの外側部分との間に隙間が生じ、上記した鍔部の側面上に設けられた溶射層が鍔部の側面から剥離することが防止される。しかしながら、特許文献２記載のガスセンサにおいては、主体金具の段部を２段に形成する製造工程（例えば、鍛造工程だけでなく、段部を２段にするため切削工程等が必要となる）に手間がかかると共に、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧する際、主体金具の２段の段部に合わせて押圧工程を２回に分けて必要があり、組み立て作業に時間を要するという問題がある。

　従って、本発明は、主体金具の製造を煩雑にすることなく、且つ、金属部の径方向の位置ズレを防止しつつ、ガスセンサ素子の鍔部の側面上に設けられる溶射層が鍔部の側面から剥離することを防止したガスセンサの提供を目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側が被検出ガスに晒されると共に後端側に向かって開口し、かつ径方向外側に突出する鍔部を有する有底筒状の素子本体と、前記鍔部より先端側の先端部で前記素子本体の外表面に設けられた外側電極と、を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を径方向外側から取り囲むと共に、前記鍔部の先端向き面に対向する、先端側に向かって傾斜するテーパ状の受け面を自身の内面に有する筒状の主体金具と、前記鍔部の先端向き面と前記受け面との間に介装される環状の金属部と、を備え、前記外側電極を覆う多孔質の溶射層が、前記素子本体の前記先端部から前記先端向き面を経て少なくとも前記鍔部の側面まで形成され、前記軸線方向に沿う断面を見たときに、前記金属部の径方向外側面と前記金属部の先端向き面とを繋ぐ角部は、前記鍔部の前記側面上に設けられた前記溶射層の外表面と前記軸線方向に重なっているか又は該外表面より径方向外側にはみ出しつつ、前記受け面に接すると共に、前記金属部の後端向き面と前記鍔部の前記先端向き面上に設けられた前期溶射層の外表面とは、前記鍔部の側面よりも径方向内側にて接する。

　このガスセンサによれば、金属部の径方向外側面と金属部の先端向き面とを繋ぐ角部が、鍔部の側面上に設けられた溶射層の外表面と軸線方向に重なっているか又は該外表面より径方向外側にはみ出しているため、金属部と主体金具との間の径方向の隙間が小さくなり、金属部を主体金具の受け面に載置した際に、金属部が主体金具に対して径方向に位置ズレを起こしにくくすることができる。
　又、金属部と接する主体金具の受け面は、主体金具の内側面から直接先端側へ向かって傾斜する（窄まる）１つのテーパとして構成されているため、主体金具の内面に複数段の段状部を形成する必要がなく、主体金具の製造が簡易になると共に、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧する際に、主体金具の段部に合わせて押圧工程を複数回に分けて行う必要がなく、一度に押圧すれば済むので作業時間が短縮される。
　さらに、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とが、鍔部の側面よりも径方向内側にて接している。つまり、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間が生じる。これにより、主体金具の受け面の外径に対してより近接するように金属パッキンの外径を設けた場合、主体金具の後端側を加締めてガスセンサ素子を先端側に押圧し、加締め応力が鍔部の側面上に設けた溶射層に対して、鍔部の側面に沿った方向に加わったとしても、角部近傍の溶射層に金属部が当接しないため、溶射層が鍔部の側面から剥離することが防止される。

　前記鍔部の前記側面と前記鍔部の前記先端向き面とは、曲面又は平面にて接続されていてもよい。
　このガスセンサによれば、鍔部の角部の形状を曲面又は平面に変更するだけで、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。

　前記金属部と前記溶射層の外表面とが接する部分より径方向外側において、前記金属部の後端向き面と前記軸線方向とのなす角度は、前記溶射層の外表面と前記軸線方向とのなす角度より大きくなっていてもよい。
　このガスセンサによれば、例えば金属部を厚みが一定の一般的な形状であったとしても、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。

　前記金属部は、径方向外側に向かって厚みが薄くなっていてもよい。
　このガスセンサによれば、金属部の形状を径方向外側に向かって厚みが薄くするだけで、鍔部の角部近傍の溶射層と金属部との間に隙間を生じさせる、つまりは、金属部の後端向き面と鍔部の先端向き面上に設けられた溶射層の外表面とを、鍔部の側面よりも径方向内側にて接しさせることができる。

　前記金属部は、前記金属部から先端側に延びて前記ガスセンサ素子を自身の内部に収容する筒状のプロテクタ部を一体に有してもよい。
　このガスセンサによれば、金属部がガスセンサ素子を収容するプロテクタ部と一体になっているので、部品点数が低減して生産性が向上し、コストダウンが図られる。

　この発明によれば、主体金具の製造を煩雑にすることなく、且つ、金属部の径方向の位置ズレを防止しつつ、ガスセンサ素子の鍔部の側面上に設けられる溶射層が鍔部の側面から剥離することを防止したガスセンサが得られる。

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサを軸線方向に沿う面で切断した断面図である。ガスセンサ素子及び外側電極の構造を示す斜視図である。ガスセンサ素子を覆う溶射層を示す斜視図である。図１の部分拡大図である。図４の金属部の変形例を示す図である。図４の金属部の別の変形例を示す図である。図４の金属部の別の変形例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るガスセンサを軸線方向に沿う面で切断した断面図である。図８の部分拡大図である。図９のパッキンの変形例を示す図である。図９のパッキンの別の変形例を示す図である。従来のガスセンサにおけるガスセンサ素子と主体金具との間に金属パッキンを介装する状態を示す断面図である。

　以下、本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ１００を軸線Ｏ方向（先端から後端に沿う方向）に沿う面で切断した断面構造を示す。この実施形態において、ガスセンサ１００は自動車の排気管内に挿入されて先端（図１のプロテクタ部２０４側）が排気ガス中に曝され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサになっている。
　なお、図１の下側（プロテクタ部２０４側）をガスセンサ１００の先端側とし、図１の上側をガスセンサ１００の後端側とする。

　ガスセンサ１００は、ガスセンサ素子３が主体金具（ハウジング）２０内に組み付けられている。このうち、ガスセンサ素子３は、酸素イオン伝導性の固体電解質体に一対の電極が設けられた酸素濃淡電池を構成し、酸素量に応じた検出値を出力する公知の酸素ガスセンサ素子である。詳細には、ガスセンサ素子３は、先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質からなる素子本体３ｓ（図２参照）と、素子本体３ｓの内周面と外周面にそれぞれ形成された内側電極３ｂ及び外側電極３ｃとからなる。そして、ガスセンサ素子３の内部空間を基準ガス雰囲気とし、ガスセンサ素子３の外面に被検出ガスを接触させてガスの検知を行うようになっている。
　ガスセンサ素子３の中央付近には、径方向外側に突出する鍔部３ａが設けられている。一方、主体金具２０の先端寄りの内周面には内側に縮径しつつ先端側へ向かって窄まるテーパ状の受け面２０ｅが設けられ、鍔部３ａと受け面２０ｅの間に後述するプロテクタ２００のプロテクタ部２０４と繋がる環状の金属部２０２が配置されている。そして、ガスセンサ素子３を主体金具２０の内側に挿通し、鍔部３ａをプロテクタ２００の金属部２０２に間接的に当接させることにより、間接的に受け面２０ｅに後端側からガスセンサ素子３の鍔部３ａが当接し、ガスセンサ素子３が主体金具２０内に組み付けられている。

　図２に示すように、ガスセンサ素子３の鍔部３ａは、ガスセンサ素子３の先端側に向く先端向き面３ａｆ及び側面３ａｓを有し、先端向き面３ａｆと側面３ａｓとの間を角部３ａｃが繋いでいる。又、外側電極３ｃはガスセンサ素子３の素子本体３ｓの外面のうち、鍔部３ａよりも先端側に形成され、さらに、外側電極３ｃから後端に向かってリード３ｃＬが延び、さらにガスセンサ素子３の後端側の外面でリード３ｃＬが電極パッド３ｃｐに接続されている。
　さらに、図３に示すように、ガスセンサ素子３（素子本体３ｓ）の先端部から鍔部３ａの先端向き面３ａｆを経て少なくとも側面３ａｓまでの領域に、外側電極（検知電極）３ｃを覆う多孔質の溶射層５が形成されている。
　溶射層５は外側電極３ｃを被検出ガス中の被毒物質等から保護する目的で形成されている。さらに、鍔部３ａの先端向き面３ａｆや側面３ａｓに設けられるリード３ｃＬと主体金具２０とが短絡し、センサ出力にノイズが重畳することを防止するため、この溶射層５は、素子本体の先端部から鍔部３ａの先端向き面３ａｆを経て少なくとも鍔部の側面３ａｓまで連続して形成されることが必要となる。但し、後述する外側端子９１と電気的に接続するため、少なくとも電極パッド３ｃｐは溶射層５で覆われずに露出している。

　図１に戻り、プロテクタ２００は、受け面２０ｅに当接し先端側へ向かって窄まるテーパ状の金属部２０２と、金属部２０２の先端から先端側へ向かって筒状に延びるプロテクタ部２０４とを一体に有する。金属部２０２は鍔部３ａと受け面２０ｅとの間に係合する。一方、プロテクタ部２０４は主体金具２０の先端部２０ｆから突出し、同じく先端部２０ｆから突出するガスセンサ素子３の先端を自身の内部に収容している。このプロテクタ部２０４は、排気ガスをプロテクタ部２０４の内部に取り込むための複数の孔部２０４ａを有し、先端側が閉じた有底筒状をなしている。
　プロテクタ２００は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、又はステンレス鋼（ＳＵＳ４３０等）を用いて製造することができる。

　一方、鍔部３ａの後端側におけるガスセンサ素子３と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状のシール材（滑石粉末）６が充填され、さらにシール材６の後端側に筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３１が配置されている。そして、絶縁部材３１の後端側に金属リング（ステンレス製の平ワッシャ）３０を配し、主体金具２０の後端部を内側に屈曲して加締め部２０ａを形成することにより、絶縁部材３１が先端側に押し付けられてシール材６を押し潰し、絶縁部材３１及びシール材６が加締め固定されるとともに、ガスセンサ素子３と主体金具２０の隙間がシールされる。

　なお、主体金具２０の中央付近には、径方向外側に突出し六角レンチ等を係合するための多角形の鍔部２０ｃが設けられ、鍔部２０ｃと先端部２０ｆとの間の主体金具２０外側面には雄ねじ部２０ｄが形成されている。又、鍔部２０ｃの先端面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット（図示せず）が嵌挿されている。
　そして、主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを排気管等のネジ孔に取付けることで、ガスセンサ素子３の先端を排気管内に露出させて被検出ガス（排気ガス）を検知している。

　さらに、主体金具２０の後端には、ガスセンサ素子３の後端部を覆うため、金属製筒状の外筒４０が接合されている。外筒４０は、主体金具２０に接続する先端部４０ａと先端部４０ａよりも縮径された後端部４０ｂとを有し、先端部４０ａと後端部４０ｂとの間には、段部４３が設けられている。
　外筒４０の先端部４０ａの内側には、絶縁性の筒状のセパレータ１１１が配置されている。さらに、セパレータ１１１の２個の挿通孔１１５、１１６には、それぞれ内側端子７１、外側端子９１の板状基部７４、９４が挿通されている。この各板状基部７４、９４の後端にはそれぞれ接続端部７５、９５が形成され、接続端部７５、９５にそれぞれリード線１４１、１４１が加締め接続されている。

　また、セパレータ１１１は、セパレータ１１１の後端面を段部４３に当接させつつ、セパレータ１１１の先端面をセパレータ１１１よりも先端側に配置した保持金具４５に当接させることで、外筒４０内に保持される。この保持金具４５は、セパレータ１１１よりも先端側に配置され、外筒４０の先端部４０ａが加締められることで外筒４０内に固定されている。

　内側端子７１には、板状基部７４に接続し、ガスセンサ素子３の筒孔３ｄ内に内嵌された挿入部７３が設けられている。この挿入部７３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の内側に設けられた内側電極３ｂと電気的に接続される。また、外側端子９１には、板状基部９４に接続し、ガスセンサ素子３の外側に外嵌された筒状部９３が設けられている。この筒状部９３は、筒形状を有し、ガスセンサ素子３の外側に設けられた外側電極３ｃ（詳細には電極パッド３ｃｐ）と電気的に接続される。

　外筒４０の後端部４０ｂの内側には筒状のグロメット１３１が内挿されて加締め固定されている。このグロメット１３１には、２個の挿通孔からそれぞれリード線１４１、１４１が外部に引き出されている。又、グロメット１３１の後端側がフランジ状に拡径しており、この拡径部分を外筒４０の後端に載置することにより、グロメット１３１の位置決めがされる。グロメット１３１としては、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等からなるゴムキャップを用いることができる。
　さらに、外筒４０の後端部４０ｂの側面のうち、グロメット１３１よりも先端側の位置には、周方向に等間隔で４個（図１では３個のみ図示）の第１通気孔４１が開口している。そして、外筒４０の後端部４０ｂの径方向外側には、第１通気孔４１を塞ぐように、環状の通気性のフィルタ５０が被せられ、さらに、フィルタ５０を径方向外側から金属製筒状の保護外筒６０が囲んでいる。保護外筒６０の側面には、周方向に等間隔で４個（図１では２個のみ図示）の第２通気孔６１が開口し、フィルタ５０を介して外筒４０内部へ外気を導入可能になっている。なお、第２通気孔６１及び第１通気孔４１の先後で外筒４０及び保護外筒６０を加締めることで、外筒４０と保護外筒６０の間にフィルタ５０を保持している。フィルタ５０は、例えばフッ素系樹脂等の樹脂の多孔質構造体からなり、撥水性を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子３の内部空間に基準ガス（大気）を導入する。

　保護外筒６０は、後端部がグロメット１３１の後端面上に設けられるように径方向内側に折り曲げられてなり、後端部の中央に開口６３が形成され、開口からリード線１４１、１４１が外部に引き出されている。さらに、保護外筒６０の後端側には、外筒４０の後端部４０ｂに設けられた加締め部に加締め固定されている。つまり、グロメット１３１は、保護外筒６０及び外筒４０の両者を同時に加締めることで、外筒４０内に配置されている。

　次に、図４を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
　図４は、図１の部分拡大図である。プロテクタ２００の金属部２０２の外側面２０２ｙは、鍔部３ａの側面３ａｓに設けられた溶射層５の外表面５ａｓと軸線方向に重なっている（径方向に同じ位置にある）。つまり、金属部２０２の外側面２０２ｙと金属部２０２の先端向き面２０２ｆとを繋ぐ角部２０２ｊが、鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けられた溶射層５の外表面５ａｓと軸線方向に重なっている。ここで、主体金具２０の受け面２０ｅの内径（受け面２０ｅより後端側の内径）ｄは、鍔部３ａを含むガスセンサ素子３が主体金具２０に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、鍔部３ａの外径よりやや大きい程度の径になっている。そして、プロテクタ２００を受け面２０ｅに載置した際にも、プロテクタ２００が主体金具２０に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、プロテクタ２００と主体金具２０との間の径方向の隙間も小さい方がよい（つまり、プロテクタ２００の金属部２０２の外径を主体金具２０の受け面２０ｅの内径ｄに近接させるようにした方がよい）。このようなことから、金属部２０２の外側面２０２ｙと金属部２０２の先端向き面２０２ｆとを繋ぐ角部２０２ｊは、鍔部３ａの側面３ａｓに設けられた溶射層５の外表面５ａｓと軸線方向に重なっているか又は該外表面５ａｓより径方向外側にはみ出していることが必要である。

　又、本発明においては、金属部２０２と接する主体金具２０の受け面２０ｅは、主体金具２０の内側面から直接先端側へ向かって傾斜する（窄まる）１つのテーパとして構成されている。そのため、主体金具２０の受け面２０ｅの製造が簡易になると共に、主体金具２０の後端側を加締めてガスセンサ素子３を先端側に押圧する際、主体金具の段部に合わせて押圧工程を複数回に分けて行う必要がなく、一度に押圧すれば済むので作業時間が短縮されるという利点がある。なお、このように受け面２０ｅが１つのテーパとして構成されるため、受け面２０ｅには、金属部２０２の先端向き面２０２ｆが接している。
　このように受け面２０ｅを１つのテーパとして構成すると、受け面２０ｅに馴染んで変形した金属部２０２の後端向き面２０２ｒが平坦になり、図４の断面を見たときにほぼ直線Ｌに沿う。このため、鍔部３ａの先端向き面３ａｆを平坦に形成すると、先端向き面３ａｆと側面３ａｓとをつなぐ角部３ａｃ近傍の溶射層５が金属部２０２に当接する。この状態で、さらに、加締め応力が鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａの側面３ａｓに沿った方向（つまり、軸線Ｏ方向に沿った方向）に加わると、溶射層５が鍔部３ａの側面３ａｓから剥離するおそれがある。そこで、図４に示すように、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを曲面にて接続する（言い換えると、角部３ａｃに丸みを付ける）ことで、角部３ａｃ近傍の溶射層５が金属部２０２から軸線方向に離れて角部３ａｃ近傍の溶射層５と金属部２０２との間に隙間Ｇが生じる。これにより、加締め応力が鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａの側面３ａｓに沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃ近傍の溶射層５に金属部２０２が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａの側面３ａｓから剥離することが防止される。なお、金属部２０２の後端向き面２０２ｒは、鍔部３ａの側面３ａｓよりも径方向内側にて、鍔部３ａの先端向き面３ａｆ上に設けられた溶射層５の外表面５ａｆと接することになる。この場合、鍔部３ａの先端向き面３ａｆ上にも溶射層５が設けられており、この溶射層５においても加締め応力が加わるが、鍔部３ａの先端向き面３ａｆに交差する方向に（つまり、溶射層５の積層方向に沿う圧縮応力として）加わるため、鍔部３ａの先端向き面３ａｆと溶射層５との界面が剥離することがない。

　なお、プロテクタ２００の金属部２０２を平板状に作製して受け面２０ｅ上に載置し、主体金具２０の後端側を加締めてガスセンサ素子３を先端側に押圧した際に金属部２０２を変形させてテーパ状にしてもよいが、角部３ａｃ近傍の溶射層５になるべく荷重を加えないよう、予め金属部２０２の形状を受け面２０ｅにほぼ沿うように調整しておくのが好ましい。
　又、素子本体３ｓはその概形を型によって成型した後、砥石で研削して最終形状に仕上げるが、角部３ａｃを形成する砥石の断面形状を調整することで、角部３ａｃに丸みをつけることができる。

　図５は、図４のプロテクタ２００の変形例を示す。なお、図５において、プロテクタ２１０の金属部２１２、及び鍔部３ａ２以外の構成は第１の実施形態に係るガスセンサ１００と同一である。図５において、プロテクタ２１０は、受け面２０ｅに当接し先端側へ向かって窄まるテーパ状の金属部２１２と、金属部２１２の先端から先端側へ向かって筒状に延びるプロテクタ部２１４とを一体に有する。

　プロテクタ２１０の金属部２１２の外側面２１２ｙは、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２と軸線方向に重なっている（径方向に同じ位置にある）。つまり、金属部２１２の外側面２１２ｙと金属部２１２の先端向き面２１２ｆとを繋ぐ角部２１２ｊが鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２と軸線方向に重なっている。ここで、主体金具２０の受け面２０ｅの内径（受け面２０ｅより後端側の内径）ｄは、鍔部３ａ２を含むガスセンサ素子３が主体金具２０に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、鍔部３ａ２の外径よりやや大きい程度の径になっている。そして、プロテクタ２１０を受け面２０ｅに載置した際にも、プロテクタ２１０が主体金具２０に対して径方向の位置ズレを起こさないよう、プロテクタ２１０と主体金具２０との間の径方向の隙間も小さい方がよい（つまり、プロテクタ２１０の金属部２１２の外径を主体金具２０の受け面２０ｅの内径ｄに近接させるようにした方がよい）。このようなことから、金属部２１２の外側面２１２ｙと金属部２１２の先端向き面２１２ｆとを繋ぐ角部２１２ｊが、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２と軸線方向に重なっている。

　又、金属部２１２と接する主体金具２０の受け面２０ｅは、主体金具２０の内側面から直接先端側へ向かって傾斜する（窄まる）１つのテーパとして構成されている。そのため、主体金具２０の受け面２０ｅの製造が簡易になると共に、主体金具２０の後端側を加締めてガスセンサ素子３を先端側に押圧する際、主体金具の段部に合わせて押圧工程を複数回に分けて行う必要がなく、一度に押圧すれば済むので作業時間が短縮されるという利点がある。なお、このように受け面２０ｅが１つのテーパとして構成されるため、受け面２０ｅには、金属部２１２の先端向き面２１２ｆが接している。

　さらに、図５の例では、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２と先端向き面３ａｆ２とを曲面にて接続せずに直接接続している。よって、先端向き面３ａｆ２は平坦で図５の断面を見たときにほぼ直線Ｌに沿っている。このため、受け面２０ｅに馴染んで変形した金属部２１２の後端向き面２１２ｒが第１の実施形態における金属部２０２のように(図４参照)平坦であれば、金属部２１２の後端向き面２１２ｒも直線Ｌに沿うため、角部３ａｃ２近傍の溶射層５が金属部２１２に当接してしまう。そこで、図５に示すように、金属部２１２を径方向外側に向かって厚みを薄くすることで、金属部２１２が角部３ａｃ２近傍の溶射層５から軸線方向に離れて角部３ａｃ２近傍の溶射層５と金属部２１２との間に隙間Ｇが生じる。これにより、加締め応力が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃ２近傍の溶射層５に金属部２１２が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２から剥離することが防止される。なお、金属部２１２の後端向き面２１２ｒは、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２よりも径方向内側にて、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｆ２と接することになる。この場合、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２上にも溶射層５が設けられており、この溶射層５においても加締め応力が加わるが、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２に交差する方向に加わるため、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２と溶射層５との界面が剥離することがない。

　図６は、図４のプロテクタ２００の別の変形例を示す。なお、図６において、プロテクタ２１０の金属部２１２以外の構成は第１の実施形態に係るガスセンサ１００と同一である。
　図６において、プロテクタ２１０は図５の例と同一であり、金属部２１２の厚みが径方向外側に向かって薄くなっている。さらに、鍔部３ａは図４の例と同一であり、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを曲面にて接続している（つまり、角部３ａｃが丸みを帯びている）。このため、角部３ａｃ近傍の溶射層５と金属部２１２との隙間Ｇが、図４や図５の間隙Ｇよりも大きくなる。これにより、加締め応力が鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａの側面３ａｓに沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃ近傍の溶射層５に金属部２１２が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａの側面３ａｓから剥離することが確実に防止される。

　図７は、図４のプロテクタ２００のさらに別の変形例を示す。なお、図７において、プロテクタ２３０以外の構成は第１の実施形態に係るガスセンサ１００と同一である。
　図７において、プロテクタ２３０は、図４に示すプロテクタ２００と同一の金属部２３２及びプロテクタ部２３４を有すると共に、さらに、別の変形例では、金属部２３２から後端側へ向かって筒状に延びるガイド部２３２ｚを一体に有する。
　そして、金属部２３２と角部３ａ近傍の溶射層５との間に隙間Ｇが生じる理由は、図４に示すプロテクタ２００と同様の理由である。
　ここで、ガイド部２３２ｚの外径は、主体金具２０の受け面２０ｅの内径ｄよりわずかに小さく、プロテクタ２３０を主体金具２０の後端側から主体金具２０内に配置する際、ガイド部２３２ｚが主体金具２０の内側面に沿うので、プロテクタ２３０と主体金具２０との芯合わせを確実に行うことができる。又、ガイド部２３２ｚが主体金具２０と鍔部３ａの側面３ａｓとの間に挟持されるので、プロテクタ２３０がしっかりと主体金具２０に保持される。
　なお、主体金具２０の後端側を加締めてガスセンサ素子３を先端側に押圧する際、ガイド部２３２ｚが鍔部３ａの側面３ａｓに設けられた溶射層５の外表面５ａｓに当接する場合があるが、溶射層５に対して加締め応力のような軸線Ｏ方向に加わる応力よりも十分小さい応力しかかからないので、溶射層５が鍔部３ａの側面３ａｓから剥離するおそれはない。

　次に、図８～図１０を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ１１０について説明する。
　図８は、第２の実施形態に係るガスセンサ１１０を軸線Ｏ方向に沿う面で切断した断面構造を示し、図１のガスセンサ１００の断面構造に対応している。なお、ガスセンサ１１０は、パッキン３００（特許請求の範囲の金属部に相当）及び主体金具２０の先端部２０ｆ２の構成、並びにパッキン３００と別体のプロテクタ７を有すること以外の構成は第１の実施形態に係るガスセンサ１００と同一であるので、ガスセンサ１００と同一構成部分について同一符号を付して説明を省略する。
　図８において、パッキン３００は、受け面２０ｅに当接し先端側へ向かって窄まるテーパ形状を有する。パッキン３００は鍔部３ａと受け面２０ｅとの間に係合する。
　又、主体金具２０の先端部２０ｆ２には金属製（ステンレスなど）で筒状のプロテクタ７（パッキン３００と別体）が固定され、主体金具２０から突出するガスセンサ素子３の先端がプロテクタ７で覆われている。このプロテクタ７は、排気ガスをプロテクタ７の内部に取り込むための複数の孔部を有している。

　図９は、図８の部分拡大図である。パッキン３００は、パッキン３００自体の形状、及び第１の実施形態のプロテクタ２００（図４参照）においてプロテクタ部２０４を設けないこと以外は同一の構成を有する。従って、第１の実施形態のプロテクタ２００と同様に、パッキン３００の後端向き面３００ｒは直線Ｌに沿う平坦となるが、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを曲面にて接続する（つまり、角部３ａｃに丸みを付ける）ことで、角部３ａｃ近傍の溶射層５とパッキン３００との間に隙間Ｇが生じる。これにより、加締め応力が鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａの側面３ａｓに沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃの溶射層５にパッキン３００が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａの側面３ａｓから剥離することが防止される。なお、パッキン３００の後端向き面３００ｒは、鍔部３ａの側面３ａｓよりも径方向内側にて、鍔部３ａの先端向き面３ａｆ上に設けられた溶射層５の外表面５ａｆと接することになる。また、パッキン３００の外側面３００ｙが、鍔部３ａの側面３ａｓに設けられた溶射層５の外表面５ａｓに対して一部が径方向外側にはみ出しており、一部が径方向内側に配置されている。このように、パッキン３００の外側面３００ｙが鍔部３ａの側面３ａｓに設けられた溶射層５の外表面５ａｓに跨って配置されていたとしても、パッキン３００の外側面３００ｙとパッキン３００の先端向き面３００ｆとを繋ぐ角部３００ｊが鍔部３ａの側面３ａｓ上に設けられた溶射層５の外表面５ａｓよりも径方向外側にはみ出しているため、パッキン３００が主体金具２０に対して径方向に位置ズレを起こし難い。又、受け面２０ｅには、パッキン３００の先端向き面３００ｆが接している。

　図１０は、図９のパッキン３００の変形例を示す。なお、図１０のパッキン３１０は、図５のプロテクタ２１０においてプロテクタ部２１４を設けないこと以外は同一の構成を有する。図５のプロテクタ２１０と同様に、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２先端向き面３ａｆ２とは曲面にて接続されていないが、パッキン３１０を径方向外側に向かって厚みを薄くすることで、角部３ａｃ２近傍の溶射層５とパッキン３１０との間に隙間Ｇが生じる。これにより、加締め応力が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃ２の溶射層５にパッキン３１０が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２から剥離することが防止される。なお、パッキン３１０の後端向き面３１０ｒは、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２よりも径方向内側にて、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｆ２と接することになる。また、パッキン３１０の外側面３１０ｙが、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２に対して一部が径方向外側にはみ出しており、一部が径方向内側に配置されている。このように、パッキン３１０の外側面３１０ｙが鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２に跨って配置されていたとしても、パッキン３１０の外側面３１０ｙとパッキン３１０の先端向き面３１０ｆとを繋ぐ角部３１０ｊが鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２よりも径方向外側にはみ出しているため、パッキン３１０が主体金具２０に対して径方向に位置ズレを起こし難い。又、受け面２０ｅには、パッキン３１０の先端向き面３１０ｆが接している。
　なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態（図６）と同様に、パッキン３１０を径方向外側に向かって厚みを薄くすると共に、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを曲面にて接続し、隙間Ｇをより大きくしてもよい。又、第２の実施形態においても、第１の実施形態（図７）と同様に、パッキン３００から後端側へ向かって筒状に延びるガイド部を一体に有してもよい。

　図１１は、図９のパッキン３００の別の変形例を示す。なお、図１１のパッキン３２０は、厚みが一定で、その径方向外側面３２０ｙが後端向き面３２０ｒと直角な一般的な形状のパッキンである。又、鍔部３ａ２は図５の例と同一形状であり、その先端向き面３ａｆ２は平坦で図１１の断面を見たときにほぼ直線Ｌに沿っている。そして、直線Ｌ（溶射層の外表面５ａｆ２）は軸線Ｏ方向とθ_２の角度をなしている。なお、図１１の場合において、主体金具の受け面２０ｅが軸線Ｏ方向となす角度は、図９の場合における受け面２０ｅが軸線Ｏ方向となす角度よりも大きい。
　一方、パッキン３２０の後端向き面３２０ｒに平行な直線Ｌ_２は、軸線Ｏ方向とθ_１の角度をなしていて、θ_１＞θ_２に設定されている。
　このため、パッキン３２０の後端向き面３２０ｒが第１の実施形態における金属部２０２のように(図４参照)平坦であっても、パッキン３２０が角部３ａｃ２近傍の溶射層５から軸線方向に離れて角部３ａｃ２近傍の溶射層５とパッキン３２０との間に隙間Ｇが生じる。これにより、加締め応力が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けた溶射層５に対して、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に沿った方向に加わったとしても、角部３ａｃ２の溶射層５にパッキン３２０が当接しないため、溶射層５が鍔部３ａ２の側面３ａｓ２から剥離することが防止される。なお、パッキン３２０の後端向き面３２０ｒは、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２よりも径方向内側にて、鍔部３ａ２の先端向き面３ａｆ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｆ２と接することになる。
　また、パッキン３２０の外側面３２０ｙが、鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２に対して一部が径方向外側にはみ出しており、一部が径方向内側に配置されている。このように、パッキン３２０の外側面３２０ｙが鍔部３ａ２の側面３ａｓ２に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２に跨って配置されていたとしても、パッキン３２０の外側面３２０ｙとパッキン３２０の先端向き面３２０ｆとを繋ぐ角部３２０ｊが鍔部３ａ２の側面３ａｓ２上に設けられた溶射層５の外表面５ａｓ２よりも径方向外側にはみ出しているため、パッキン３１０が主体金具２０に対して径方向に位置ズレを起こし難い。又、受け面２０ｅには、パッキン３２０の先端向き面３２０ｆが接している。
　なお、パッキン３２０の後端向き面３２０ｒに溶射層５の外表面５ａｆ２が押付けられると、両者の接点Ｐにて後端向き面３２０ｒが変形して外表面５ａｆ２に馴染み、接点Ｐでは後端向き面３２０ｒと外表面５ａｆ２とが同一面上にあり、上記したθ_２＝θ_１となる。そこで、接点Ｐより径方向外側の部分において、θ_１を規定することとする。従って、接点Ｐより径方向外側におけるθ_１が、特許請求の範囲における「金属部と溶射層の外表面とが接する部分より径方向外側において、金属部の後端向き面と軸線方向とのなす角度」に相当する。
　なお、図１１の例では、パッキン３２０として一般的な形状のパッキンを用いているので、部品コストを低減することができるが、これに限らず、図１０のパッキン３１０のように径方向外側に向かって厚みを薄くしたものを用いてもよい。

　本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
　例えば、第１の実施形態の図４、図６、図７、及び第２の実施形態の図９では、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを曲面にて接続している（つまり、角部３ａｃに丸みを帯びている）が、鍔部３ａの側面３ａｓと先端向き面３ａｆとを平面にて接続していても（つまり、角部３ａｃが鍔部の先端向き面３ａｆと所定の角度を持って面取りされていても）よい。
　さらに、上記実施形態の図２では、外側電極３ｃはガスセンサ素子３の鍔部３ａよりも先端側全体に形成されているが、鍔部３ａよりも先端側の一部に形成されていてもよい。

　３　　　　　　　　　　　　　ガスセンサ素子
　３ａ、３ａ２　　　　　　　　鍔部
　３ａｆ、３ａｆ２　　　　　　鍔部の先端向き面
　３ａｓ、３ａｓ２　　　　　　鍔部の側面
　３ａｃ、３ａｃ２　　　　　　鍔部の角部
　３ｃ（３ｃｓ）　　　　　　　外側電極
　３ｓ　　　　　　　　　　　　素子本体
　５　　　　　　　　　　　　　溶射層
　５ａｓ、５ａｆ、５ａｆ２　　　　　　　　　　　溶射層の外表面
　１００、１１０　　　　　　　ガスセンサ
　２０　　　　　　　　　　　　主体金具
　２０ｅ　　　　　　　　　　　主体金具の受け面
　２００、２１０、２３０、３００、３１０、３２０　　プロテクタ（パッキン）
　２０２、２１２、２３２、３００、３１０、３２０　　金属部
　２０２ｙ、２１２ｙ、２３２ｙ、３００ｙ、３１０ｙ、３２０ｙ　　金属部の外側面
　２０２ｆ、２１２ｆ、２３２ｆ、３００ｆ、３１０ｆ、３２０ｆ　　金属部の先端向き面
　２０２ｊ、２１２ｊ、３００ｊ、３１０ｊ、３２０ｊ　　金属部の外側面と先端向き面とを繋ぐ角部
　２０２ｒ、２１２ｒ、３００ｒ、３１０ｒ、３２０ｒ　　金属部の後端向き面
　２０４、２１４、２３４　　　プロテクタ部
　Ｏ　　　　　　　　　　　　　軸線
　Ｇ　　　　　　　　　　　　　隙間（間隙）
　金属部の後端向き面と軸線方向とのなす角度　　θ１
　溶射層の外表面と軸線方向とのなす角度　　θ２

Claims

　軸線方向に延び、先端側が被検出ガスに晒されると共に後端側に向かって開口し、かつ径方向外側に突出する鍔部を有する有底筒状の素子本体と、前記鍔部より先端側の先端部で前記素子本体の外表面に設けられた外側電極と、を有するガスセンサ素子と、
　前記ガスセンサ素子を径方向外側から取り囲むと共に、前記鍔部の先端向き面に対向する、先端側に向かって傾斜するテーパ状の受け面を自身の内面に有する筒状の主体金具と、
　前記鍔部の先端向き面と前記受け面との間に介装される環状の金属部と、を備えたガスセンサであって、
　前記外側電極を覆う多孔質の溶射層が、前記素子本体の前記先端部から前記先端向き面を経て少なくとも前記鍔部の側面まで形成され、
　前記軸線方向に沿う断面を見たときに、
　　前記金属部の径方向外側面と前記金属部の先端向き面とを繋ぐ角部は、前記鍔部の前記側面上に設けられた前記溶射層の外表面と前記軸線方向に重なっているか又は該外表面より径方向外側にはみ出しつつ、前記受け面に接すると共に、
　　前記金属部の後端向き面と前記鍔部の前記先端向き面上に設けられた前記溶射層の外表面とは、前記鍔部の側面よりも径方向内側にて接するガスセンサ。
　前記鍔部の前記側面と前記鍔部の前記先端向き面とは、曲面又は平面にて接続されてなる請求項１に記載のガスセンサ。
　前記金属部と前記溶射層の外表面とが接する部分より径方向外側において、前記金属部の後端向き面と前記軸線方向とのなす角度は、前記溶射層の外表面と前記軸線方向とのなす角度より大きくなっている請求項１又は２に記載のガスセンサ。
　前記金属部は、径方向外側に向かって厚みが薄くなっている請求項１～３のいずれかに記載のガスセンサ。
　前記金属部は、前記金属部から先端側に延びて前記ガスセンサ素子を自身の内部に収容する筒状のプロテクタ部を一体に有する請求項１～４のいずれかに記載のガスセンサ。