WO2015076223A1

WO2015076223A1 - ガスセンサ

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Publication number: WO2015076223A1
Application number: PCT/JP2014/080381
Authority: WO
Inventors: 直人小澤; 欣二宝平; 翔太郎森
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2016-05-20
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Abstract

　固体電解質体３００と測定電極層３１０と基準電極層３２０からなる検出部３０を具備するガスセンサ素子３と、信号線２と、端子金具１と、ハウジング７と、通気孔５２を備えたケーシング５と、第１の筒状弾性部材４と、撥水フィルタ６１と、を具備し、被測定ガス９１中の特定成分を検出するガスセンサであって、撥水フィルタ６１の基端部６１１は、第１の筒状弾性部材４と、信号線２と共にケーシング５の基端側を圧縮変形した基端側かしめ部５４によって封止し、撥水フィルタ６１の先端部６１２は、第２の筒状弾性部材６０と共に、ガスセンサ素子３の信号取出部３３の外周面３３１を背にして、ケーシング５の先端側を圧縮変形した先端側かしめ部５５によって封止する。

Description

ガスセンサ

　本発明は、自動車エンジン等の燃焼排気中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの構造に関するものである。

　従来、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に、燃焼排気中に含まれる酸素等の特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサを配設して、検知された特定ガス成分の濃度によって空燃比制御や排気処理触媒の温度制御等を行っている。

　このようなガスセンサとして、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質の基体表面に被測定ガスに接する測定電極層と基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層とを施した酸素濃度検出素子を具備した酸素センサ等が広く用いられている。このような酸素センサは、被測定ガス中の酸素濃度と基準ガス中の酸素濃度との差によって両電極間に発生する電位差を検出して被測定ガス中の酸素濃度を測定している。

　さらに、このようなガスセンサは、通常極めて高温の環境下で使用され、また、エンジンルーム以外に車両の足回りに近い排気管等にも搭載され、厳しい環境下に晒されている。
　ガスセンサは、外部からの水滴等の侵入があるとガス濃度検出素子の破損や誤動作を招く虞があり、これを防止するために高い防水性が必要とされている。
　一方、ガスセンサの基準電極層は基準ガスとなる大気に接しなければならず、外部との良好な通気性が確保されなければならない。
　このため、ガスセンサにおいては防水性と通気性との二律背反する課題を同時に解決する必要がある。

　特許文献１には、筒状の検出素子と、検出素子を保持する主体金具と、検出素子と電気的に接続する端子金具と、端子金具からのびで電流経路を形成するリード線とリード線が挿通されるセパレータと、セパレータの周囲を取り囲む内筒と、内筒の筒孔内に配置されてリード線が挿通されるグロメットと、内径の径方向外側に配置されるフィルタと、内筒との間にフィルタを介在させる外筒とを備え、セパレータが検出素子とグロメットとにより挟持されることによって内筒から離間したガスセンサが開示されている。
　外筒と内筒との間に介装したフィルタを固定するためには、外筒に降伏値を超える圧力を加えて塑性変形させ、変形部分が元の形状に戻らないようにする必要がある。

特開２０１３－１０４８３２号公報

　ところが、特許文献１にあるような従来のガスセンサでは、内筒がセパレータから離間しているため、外筒を圧縮して塑性変形させてフィルタを加締め固定したときに、フィルタと内筒も塑性変形して、内筒の弾性力が失われることになる。
　このような状態で冷熱環境に晒されると、内筒と外筒とフィルタとの間に間隙が発生し、水滴の侵入を許し、検出素子の被水割れを発生する虞がある。
　また、内筒の弾性を失わせない程度の弱い力で外筒を加締めた場合には、外筒の加締めが不十分となり、復元力によって外筒とフィルタとの間に間隙が形成される虞もある。

　加えて、特許文献１にあるような従来のガスセンサでは、端子金具を絶縁保持するセパレータを検出素子とグロメットとで挟持する構造であるため、検出素子の基端側開口部がセパレータで覆われた状態となる。
　このため、検出素子内へ基準ガスとして導入する大気の循環が阻害され、基準ガス中の酸素濃度が変動して出力に誤差を生じる虞もある。
　さらに、高温の被測定ガスからの熱がセパレータに蓄熱され、セパレータに広い面積で接するグロメットの熱劣化を招く虞もある。

　本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で、基準ガスとしての大気の導入は容易でありながらも水滴の侵入が起こり難く、耐久性に優れた構造のガスセンサを提供するものである。

　本発明のガスセンサは、少なくとも、特定イオンに対して伝導性を有する有底筒状の固体電解質体と、該固体電解質体の外周表面に形成され、被測定ガスに接する測定電極層と、前記固体電解質体の内周表面に形成され、基準ガスとして導入した大気に接する基準電極層とからなる検出部を具備している。また、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子と外部との接続を図る信号線と、前記ガスセンサ素子と前記信号線との接続を図る端子金具と、前記ガスセンサ素子を収容し、前記検出部を被測定ガス中に配設・固定するハウジングと、前記ガスセンサ素子の基端側を前記端子金具と共に覆いつつ、内側に大気を導入する通気孔を備えた筒状のケーシングとを具備している。さらに、該ケーシングの基端側を気密に封止しつつ、前記端子金具に接続された前記信号線を保持する第１の筒状弾性部材と、前記通気孔に対向して設けられ、気体の透過は許容し液体の透過は阻止する多孔質繊維構造体を筒状に形成した撥水フィルタと、を具備し、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサである。前記撥水フィルタの基端部は、前記第１の筒状弾性部材と前記信号線と共に、前記ケーシングの基端側を圧縮変形した基端側かしめ部によって封止し、前記ケーシングと前記ガスセンサ素子の信号取出部との間に、前記ケーシング及び前記撥水フィルタを弾性的に押圧する第２の筒状弾性部材を設けている。また、前記撥水フィルタの先端部は、前記第２の筒状弾性部材と共に、前記信号取出部の外周面を背にして、前記ケーシングの先端側を圧縮変形した先端側かしめ部によって封止している。

　本発明によれば、前記撥水フィルタの基端部は前記信号線を埋設した状態の前記第１の筒状弾性部材によって常に弾性的に押圧されることになり、前記撥水フィルタの先端部は、前記信号取出部の外周面によって支えられた状態の前記第２の筒状弾性部材によって常に弾性的に押圧されることになる。
　このため、加締めにより、前記撥水フィルタの基端部及び先端部がクリープ変形しても、前記第１の筒状弾性部材及び前記第２の筒状弾性部材によって常に密着状態が維持されるので、前記基端側かしめ部及び前記先端側かしめ部のいずれの側からも水滴が侵入するおそれがなく、前記通気路を通過して前記ガスセンサ内に導入される大気は、確実に前記撥水フィルタを透過し、ガスセンサ内への水滴の侵入が阻止されることになる。
　したがって、極めて簡易な構成により、信頼性の高いガスセンサを実現できる。

本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ８の全体構成を示す断面図図１のガスセンサに用いられる端子金具１の概要を示す斜視図図２Ａの端子金具の半断面図図２Ｂ中Ｃ－Ｃ、Ｄ－Ｄ、Ｅ－Ｅに沿った断面を重ね合わせて、筒状部と導通部とかしめ部の位置関係を示す断面図図２Ａの端子金具の変形例を示す断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの効果を説明するための要部断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの製造方法の概要を示す展開断面図図４Ａに続く工程を示す要部断面図図４Ｂに続く工程を示す要部断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの変形例を示す要部断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの他の変形例を示す要部断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの他の変形例を示す要部断面図本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの他の変形例を示す要部断面図本発明の第２の実施形態におけるガスセンサを示す要部断面図本発明の第２の実施形態におけるガスセンサの変形例を示す要部断面図本発明の第３の実施形態におけるガスセンサを示す要部断面図本発明の第４の実施形態におけるガスセンサを示す要部断面図本発明の第５の実施形態におけるガスセンサを示す縦断面図本発明の第６の実施形態におけるガスセンサを示す縦断面図本発明の第６の実施形態におけるガスセンサの変形例を示す縦断面図

　図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図３を参照して、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ８の概要について説明する。
　なお、以下の説明において、被測定ガス９１に露出する側を先端側、信号線２を引き出す側を基端側と称する。
　本発明の適用されるガスセンサ８は、自動車エンジン、自動二輪車エンジン等の内燃機関の燃焼排気等を被測定ガス９１とし、被測定ガス流路９０に固定され、被測定ガス中の特定成分を検出する。
　なお、本発明の理解を容易にするため、以下の説明においては、ジルコニア等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質材料を用いた酸素センサを例に説明するが、本発明において、検出対象を限定するものではなく、検出対象に応じて、ガスセンサ素子３を構成する固体電解質材料としてプロトン伝導体等を用いたり、酸素濃度だけでなく、空燃比、ＮＯｘ、アンモニア等の検出に利用したりすることも可能である。

　ガスセンサ８では、ガスセンサ素子３の内部に大気は導入しつつ、水分の侵入は阻止する筒状の撥水フィルタ６１を具備する。
　ガスセンサ８では、撥水フィルタ基端部６１１を第１の筒状弾性部材（以下、第１弾性部材と略す）４と信号線２と共に、ケーシング５の基端側を圧縮変形した基端側かしめ部５４によって封止してある。
　加えて、ケーシング５とガスセンサ素子３の信号取出部３３との間に、ケーシング５及び撥水フィルタ６１を弾性的に押圧する第２の筒状弾性部材（以下、第２弾性部材と略す）６０を設けてある。

　さらに、撥水フィルタ先端部６１２と、第２弾性部材６０と、をガスセンサ素子３の信号取出部３３の外周面３３１を背にして、ケーシング５の先端側を圧縮変形した先端側かしめ部５５によって封止してある。
　本発明のガスセンサ８では、撥水フィルタ６１の先端側と基端側とそれぞれに、第１弾性部材４と第２弾性部材６０とが配設されることによって、ケーシング５との間に隙間が生じることがなく、外部からの水滴の侵入を確実に阻止し、耐久性の向上を図ろうとするものである。

　本実施形態におけるガスセンサ８は、内燃機関の排気筒に近い位置に配設され被測定ガス９１の高い温度を利用して固体電解質体を活性化するヒータレスタイプのガスセンサである。
　ガスセンサ８は、端子金具１と、信号線２とガスセンサ素子３と、第１弾性部材４と、ケーシング５と、第２弾性部材６０と、撥水フィルタ６１と、ハウジング７と、その他一般的にガスセンサに用いられる部材（粉末充填部材６２、絶縁性封止部材６３、シール部材６４）によって構成されている。

　ガスセンサ素子３は、いわゆるコップ型の素子となっており、固体電解質体３００と、測定電極層３１０と、基準電極層３２０とからなる検出部３０を具備する。
　固体電解質体３００は、特定イオンに対して伝導性を有する固体電解質材料を一端が閉塞し他端が開口する有底筒状に形成したものである。測定電極層３１０は、固体電解質体３００の外周表面３０１に形成され、被測定ガス９１に接する。基準電極層３２０は、固体電解質体３００の内周表面３２１に形成され、基準ガスとして基準ガス室３２内に導入した大気に接する。

　ガスセンサ素子３は、検出部３０と、外周の一部を拡径した拡径部３１と、内側に区画した基準ガス室３２と、基端側から外部との接続を図る信号取出部３３とによって構成されている。
　測定電極層３１０、基準電極層３２０は、白金又は白金合金からなる公知の多孔質電極によって形成されている。
　固体電解質体３００の内側には基準ガスとして大気が導入される基準ガス室３２が区画されている。
　検出部３０は、被測定ガス９１内に配設され、基準ガス室３２内に導入した大気中の酸素濃度と被測定ガス中の酸素濃度との差によって生じる起電力によって、被測定ガス中の酸素濃度を検出することができる。

　基準電極層３２０は、端子金具１によって外部に接続する信号線２と接続されている。
　測定電極層３１０は、ハウジング７を介して、被測定ガス流路９０に電気的に接続され、接地状態となっている。

　信号線２は、内側に銅、アルミニウム、ステンレス等の導電性材料からなる芯線２０を埋設し、外側を絶縁被覆で覆った公知の信号線が用いられている。信号線２は、ガスセンサ素子３と外部との接続を図っている。
　本実施形態における端子金具１は、ステンレス、鉄、ニッケル、又は、これらの合金等の耐熱性、導電性、弾性に優れた金属材料が用いられている。

　本実施形態における端子金具１は、信号線２の芯線２０を圧着固定する圧着部１０と、基準電極層３２０との導通を図る導通部１２と、第１弾性部材として設けられた第１弾性部材４の底面４０とガスセンサ素子３との間に断熱空間３２２を形成するための断熱層形成用筒状部（以下、筒状部と略す）１５とこれらを連結する連結部１１、１３とによって構成されている。
　本発明では、端子金具１の筒状部１５によって、第１弾性部材４の底面４０と固体電解質体３００との間に断熱空間３２２を形成し、ケーシング５に設けた通気孔５２を断熱空間３２２に連通させ、さらに、通気孔５２に対向させた撥水フィルタ６１をかしめ固定するに際して、第１弾性部材４と第２弾性部材６０の弾性を利用して、筒状の撥水フィルタ６１の基端側と先端側とのケーシング５の中径部５１との間に隙間が生じないようにすることで、ガスセンサ素子３内部に導入する大気を、確実に撥水フィルタ６１を通過させ、水滴の侵入阻止を確実なものとしている。

　筒状部１５は、固体電解質体３００の内周面３２１の内径よりも径大で、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる一部切り欠き筒状に形成されている。
　筒状部１５は、端子金具１を固体電解質体３００に装着したときにガスセンサ素子３の基端側から所定の長さで突出するように形成されている。

　素子側当接部１４は、筒状部１５の先端側において固体電解質体３００の長手軸に垂直な平面部３４に当接するように形成されている。本実施形態においては、固体電解質体３００の基端側端面を平面部３４としている。

　基端側当接部１６は、筒状部１５の基端側において第１弾性部材４の底面４０に当接するように形成されている。
　また本実施形態における基端側当接部１６は、径方向に張り出す鍔状に形成されている。
　鍔状とすることで、第１弾性部材４の底面４０を押圧する圧力を分散させ、第１弾性部材４に局所的な圧力が作用して亀裂を生じるのを防ぐことができる。

　導通部１２は、固体電解質体３００の内周面３２１の内径よりも僅かに大きい径で、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる一部切り欠き筒状に形成されている。
　導通部１２は、外径方向に付勢されているので、導通部１２を縮径しながら固体電解質体３００に装着したとき、基準電極層３２０と弾性的に当接して、導通を図ることでできるようになっている。

　また、本実施形態においては、導通部１２の一部が先端先細りとなるように、テーパ部１７が設けてある。
　テーパ部１７を形成することによって、端子金具１を固体電解質体３００に装着する際に、テーパ部１７の先端が挿入ガイドとして機能し、縮径しながら固体電解質体３００の内周面３２１内にスムーズに挿入することができる。圧着部１０は、信号線２の芯線２０を圧着固定するものである。

　なお、連結部１１、１３に傾斜を設けることで、図２Ｃに示すように、圧着部１０と導通部１２と筒状部１５とが同心となるように配設しても良いし、図２Ｄに示すように、筒状部１５の位置を導通部１２の外周縁に一致するように偏心させて配設しても良い。

　検出部３０は、固体電解質体３００と、その内側に形成され基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層３２０と、その外側に形成され、被測定ガスに接する測定電極層３１０とによって構成され、カバー体によって保護された状態で、被測定ガス９１内に配設されている。

　ケーシング５は、鉄、ニッケル、ステンレス等の金属材料を段付き筒状に形成してある。
　ケーシング５の先端側大径部５０は、ハウジング７のボス部７４に嵌着され、レーザ溶接等の溶接部５６によって封止固定されている。
　ケーシング５の中径部５１の側面には、複数の通気孔５２が穿設され、ケーシング５の内側に大気を導入している。

　第１弾性部材４、及び、第２弾性部材６０には、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等のいずれかから選択した耐熱性弾性部材が用いられている。
　尚、第１弾性部材４と第２弾性部材６０とは、ＪＩＳ－Ｋ６２５３：２００６、又は、ＩＳＯ４８：１９９４及びＩＳＯ７９１６－１：２００４により求めたゴム硬度が５０～９０（デュロメータＡ）のゴム等からなる弾性部材によって形成するのが望ましい。
　なお、ＪＩＳ－Ｋ６２５３：２００６は、ＩＳＯ４８：１９９４及びＩＳＯ１６－１：２００４に相当するものである。第１弾性部材４、第２弾性部材６０のゴム硬度をこの範囲に設定することによって、最も効果的に、撥水フィルタ６１のクリープを補完できる。

　第１弾性部材４は、筒状で、内側に信号線２が挿入されている。
　第１弾性部材４の外周の一部には、外周側に向かって張り出す鍔部４１が設けられ、基端側には径小となる小径部４２が形成されている。
　鍔部４１を設けることで、ケーシング５の基端側からの水滴の侵入防止をより一層確実なものとしている。
　また、第１弾性部材４の基端側はケーシング５の小径部５３から露出しており、ケーシング５を加締めたときの圧力を開放し、第１弾性部材４の底面４０は、端子金具１の基端側当接部１６と当接する部分以外は、断熱空間３２２内に膨出することで、第１弾性部材４の弾性が失われないようになっている。

　本実施形態における第２弾性部材６０は、筒状に形成された基部６００の基端側と先端側とに先細りとなるようにテーパ部６０２、６０３が形成されており（図４Ａ参照）、ケーシング５の先端側かしめ部５５によって圧縮されて、両端が膨らんだときの圧力を逃がすことで、弾性が低下しないようになっている。
　また、本実施形態においては、第２弾性部材６０が撥水フィルタ６１の内側に配設され、第２弾性部材６０の内周面６０１はガスセンサ素子３の信号取出部３３に装着可能な内径に形成されている。

　撥水フィルタ６１は、通気孔５２に対向する位置に設けられ、通気孔５２からセンサ内部への気体の透過を許容し、液体の透過は阻止する。
　撥水フィルタ６１は、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなり筒状に形成された多孔質繊維構造体が用いられている。

　撥水フィルタ６１の基端部６１１は、第１弾性部材４と信号線２と共に、ケーシング５の中径部５１の基端側を圧縮変形して基端側かしめ部５４を設けて気密に封止されている。
　撥水フィルタ６１の先端部６１２は、第２弾性部材６０と共に、ガスセンサ素子３の信号取出部３３の外周面３３１を背にして、ケーシング５の中径継部５１の先端側を圧縮変形した先端側かしめ部５５を設けて気密に封止されている。

　撥水フィルタ６１の基端部６１１は、信号線２を埋設した状態の第１弾性部材４によって常に弾性的に押圧されている。撥水フィルタ６１の先端部６１２は、ガスセンサ素子３の信号取出部３３の外周面３３１によって支えられた状態の第２弾性部材６０によって常に弾性的に押圧されている。
　このため、加締めにより、撥水フィルタ６１の基端部６１１及び先端部６１２がクリープ変形しても、第１弾性部材４及び第２弾性部材６０によって常に密着状態が維持される。

　したがって、基端側かしめ部５４及び先端側かしめ部５５のいずれの側からも水滴が侵入するおそれがなく、通気孔５２を通過してガスセンサ８内に導入される大気は、確実に撥水フィルタ６１を透過し、ガスセンサ８内への水滴の侵入が阻止されることになる。

　ハウジング７は、ステンレス、鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金等の公知の耐熱性金属材料が用いられ、筒状に形成され、内側にガスセンサ素子３を収容する。
　ハウジング７の先端側外周にはネジ部７５が形成され、被測定ガス流路９０に固定され、検出部３０を被測定ガス９１中に配設・固定する。
　ハウジング７の基端側には、ボス部７４が形成され、ケーシング５の大径部５０が装着され、レーザ溶接等の固定手段により溶接部５６を形成し気密に固定している。

　粉末充填部材６２には、タルク粉末等の耐熱性セラミック粉末を環状に形成したものが用いられている。
　絶縁性封止部材６３には、アルミナ等の耐熱性セラミック焼結体を環状に形成したものが用いられている。
　シール部材６４は、ステンレス等に耐熱性の高い金属材料を環状に形成したものが用いられている。

　ガスセンサ素子３の拡径部３１を、粉末充填部材６２、絶縁性封止部材６３、シール部材６４を介して、ハウジング７に形成した素子係止部７１とかしめ部７３とで挟持し、軸力を負荷することで気密性を確保している。
　ハウジング７の基端側からガスセンサ素子３の一部が露出し、信号取出部３３を構成している。

　またハウジング７の先端側からガスセンサ素子３の検出部３０が露出し、被測定ガス９１中に配設されている。検出部３０は、ハウジング７の先端側に固定されたカバー体７８によって覆われ、保護されている。
　カバー体７８には、開口部７９が穿設され、被測定ガス９１をカバー体７８内に導入するようになっている。
　本発明において、カバー体７８の形状や、開口部７９の位置、大きさ、数等を特に限定するものではなく、用途に応じて適宜変更することができる。
　本図に示したような、単数のものに限らず、複数のカバー体を同心に配設したものを用いても良い。

　図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃを参照して、本発明に係るガスセンサ８の製造方法の概要について、説明する。
　なお、ガスセンサ素子３のハウジング７への組付方法は特に限定するものでなく、公知の組付方法を採用することができるため、以下の説明においては省略する。

　図４Ａに示すように、ケーシング５、第１弾性部材４を通した信号線２の先端から露出する芯線２０を端子金具１の圧着部１０によって圧着固定する。この状態で信号線２を引き戻しつつ、ケーシング５の基端側に第１弾性部材４を配設し、端子金具１の基端側当接部１６を第１弾性部材４の底面４０に当接させる。
　次いで、ハウジング７内に所定の粉末充填部材６２、絶縁性封止部材６３、シール部材６４等を介して加締め固定したガスセンサ素子３の基端側から、第２弾性部材６０、撥水フィルタ６１を装着し、さらに、図４Ｂに示すように、端子金具１、信号線２が収容されたケーシング５を装着する。

　このとき、端子金具１の先端側に設けた導通部１２は、テーパ部１７をガイドとし、導通部１２が縮径されながらガスセンサ素子３の内部に圧入される。導通部１２は、ガスセンサ素子３の内周面３２１に形成された基準電極層３２０を外側に向かって弾性的に押圧するように付勢されており、端子金具１を介して基準電極層３２０と信号線２との導通が確保される。
　次いで、図４Ｂに示すように、ケーシング５の中径部５１において、通気孔５２を挟んでその基端側外周と先端側外周とを中心に向かって圧縮し、基端側かしめ部５４と先端側かしめ部５５とを形成する。
　基端側かしめ部５４と先端側かしめ部５５とは、塑性変形されており、元の形状に戻ることはない。

　また、撥水フィルタ６１の基端部６１１及び先端部６１２は、それぞれ基端側かしめ部５４、及び先端側かしめ部５５に沿って圧縮変形され、緻密化される。
　さらに、撥水フィルタ６１の基端部６１１は、第１弾性部材４によって内側から弾性的に押圧され、先端部６１２は、第２弾性部材６０によって内側から弾性的に押圧されることになり、密着状態が維持される。

　一方、第１弾性部材４は、信号線２が埋設されており、ほぼ中実な弾性部材と同様の弾性を呈し上下方向に膨らむことになる。
　このとき、第１弾性部材４の底面４０が端子金具１の筒状部１５の基端側当接部１６をガスセンサ素子３に向かって弾性的押圧し、素子側当接部１４がガスセンサ素子３の平面部３４に当接するので、端子金具１が第１弾性部材４とガスセンサ素子３とによって強固に挟持された状態となる。

　さらに、ケーシング５の基端側は開口しており、第１弾性部材４の基端側の露出する部分が外部に向かって膨らむことになる。
　第１弾性部材４の底面４０と端子金具１の鍔状の基端側当接部１６とが当接する部分以外は、先端側に設けられた断熱空間３２２内に向かって膨らむことになる。

　このため、第１弾性部材４の内部には、過剰な圧力が残留することなく、適度な弾性が維持されるので、ケーシング５の基端側を気密に封止し、外部からの水滴の侵入を阻止することができる。
　第２弾性部材６０は、ガスセンサ素子３の信号取出部３３を背にしているので、加締めによる圧力は、上下方向に分散され、両端が膨らむ事になる。しかしながら、第２弾性部材６０にはテーパ部６０２、６０３が設けられており、ガスセンサ素子３との間に逃がしシロがあるので、内部の過剰な圧力が残留せず、弾性を維持することができる。

　また、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、ケーシング５の先端側に設けた大径部５０をハウジング７に設けたボス部７４に装着し、その周囲からレーザ光を照射して溶接部５６を設けてケーシング５の先端側をハウジング７に封止固定する。以上により、ガスセンサ８が完成する。

　本実施形態におけるガスセンサ８では、ケーシング５の両端からの水滴の侵入が完全に阻止され、ケーシング５の中径部５１に穿設された通気孔５２から導入される大気は必ず撥水フィルタ６１を介して導入されることになるため、撥水フィルタ６１によってガスセンサ８の内部への水分の侵入が阻止される。ガスセンサ素子３内で冷却時に発生した結露は、使用時に水蒸気となって撥水フィルタ６１を透過して通気孔５２から排出されるので、被水割れが起こり難く信頼性の高いガスセンサ８を実現できる。
　さらに、上述の如く、端子金具１がガスセンサ素子３と第１弾性部材４とに第１弾性部材４の弾性を利用しつつ強固に挟持されている。よって、外部からの軸方向の振動に対して十分に対抗することができ、導通部１２と基準電極層３２０との間の導通が瞬間的に遮断されるおそれがない。

　図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄを参照して、第１の実施形態におけるガスセンサの変形例８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄについて説明する。これらの変形例では、端子金具１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを用い、これに合わせたガスセンサ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを用いた点以外の基本的な構成は、上記実施形態と同様である。
　以下の説明において、上記実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、それぞれの変形例に応じて相違する部分に枝番としてアルファベットの符号を付したので、共通する部分についての説明を省略し、特徴的な点を中心に説明する。他の実施形態においても同様である。

　図５Ａに示すガスセンサ８ａでは、端子金具１ａは、本実施形態におけるガスセンサ素子３ａでは、固体電解質体３００の基端側に設けた信号取出部３３ａにおいて、平面部３４ａとして、内周面３２１ａを先端側が径小となり基端側が径大となるように、段階的に径変せしめた段差部（３４ａ）が設けられている。

　さらに、本実施形態における端子金具１ａでは、筒状部１５ａの一部を、導通部１２ａとして利用するために、筒状部１５ａは、長尺に形成されている。
　筒状部１５ａの先端側の一部が、固体電解質体３００の内側に圧入されている。
　固体電解質体３００の内側に圧入された導通部１２ａは、内周面３２１ａを内側から径方向に弾性的に押圧して基準電極層３２０との導通を図っている。

　さらに、導通部１２aの先端の素子側当接部１４ａは、固体電解質体３００の内側に設けた段差部（平面部）３４aに当接して、固体電解質体３００の基端側に露出した筒状部１５ａの基端側当接部１６が第１弾性部材４の底面４０に当接し、弾性的に押圧している。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、第１弾性部材４によって、ケーシング５の基端側かしめ部５４と撥水フィルタ基端部６１１との密着性が維持され、第２弾性部材６０によって、ケーシング５の先端側かしめ部５５と撥水フィルタ先端部６１２との密着性が維持されている。
　加えて、本実施形態においても、断熱空間３２２によって、第１弾性部材４の熱劣化が抑制されている。

　さらに、導通部１２ａが、固体電解質体３００の内周面３２１に形成した基準電極層３２０を外径方向に弾性的に押圧して導通を図るのに加えて、段差部（平面部）３４aの表面に形成した基準電極層３２０を素子側当接部１４ａが軸方向に押圧しているので、端子金具１ａと基準電極層３２０との導通が確保され、極めて高い導通信頼性を発揮できる。

　図５Ｂに示す、ガスセンサ８では、筒状部１５ｂを、断面Ｃ字形で軸方向に伸びる切り欠き筒状に形成されている。
　筒状部１５ｂの外径は、固体電解質体３００の内周径よりも径大となるように形成されている。

　また、導通部１２ｂも断面Ｃ字形で軸方向に伸びる切り欠き筒状に形成されている。
　導通部１２ｂの外径は、固体電解質体３００の内周径よりも僅かに径大となるように形成され、縮径された状態で固体電解質体３００の内側に圧入されている。

　導通部１２ｂは、基準電極層３２０を外側に向かって弾性的に押圧し導通を確保している。
　本実施形態においても、上記実施形態と同様に、優れた浸水防止機能を発揮する。加えて、固体電解質体３００の基端側端面を平面部３４として、素子側当接部１４が当接し、第１弾性部材４の底面４０に鍔状に形成されていない基端側当接部１６ｂが当接している。
　本実施形態においても、前記実施形態と同様、断熱空間３２２によって、第１弾性部材４の熱劣化が抑制されている。
　また、本実施形態意おいては、鍔部及び傾斜面を廃した構成とすることにより、構造を簡略化し、さらなる製造コストの削減を図っている。

　図５Ｃに示すガスセンサ８ｃでは、固体電解質体３００の基端側に設けた信号取出部３３ｃの開口端において、基端側に向かって徐々に径大となるように径変し、垂直成分を含む傾斜面３４ｃが設けられている。本実施形態における端子金具１ｃでは、筒状部１５ｄと導通部１２ｄとの間に、素子側当接部１４ｃが設けられている。
　これにより、ガスセンサ８ｃでは、上記実施形態と同様の効果に加え、素子側当接部１４ｃを、傾斜面３４ｃに当接させたときに、径方向と軸方向との両方に弾性的な押圧力が作用し、外部からの振動に対して高い導通信頼性を発揮できる。

　図５Ｄに示すガスセンサ８ｄでは、５Ｃに示すガスセンサ８ｃから導通部１２ｃを廃して、素子側当接部１４ｄが導通部１２ｄを兼用する構成となっている。
　このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果を発揮できる。

　図５Ｅを参照して、本発明の第２の実施形態におけるガスセンサ８ｅについて説明する。上記実施形態においては、第２弾性部材６０を撥水フィルタ６１の内側に配設した構成を示したが、本実施形態においては、撥水フィルタ６１ｅを第２弾性部材６０ｅの内側に配設した点、及び、端子金具１ｅを用いた点が相違する。
　なお、本実施形態においても、上述の端子金具１、１a、１ｂ、１ｃ、１ｄを適宜採用することができる。

　本実施形態においては、ケーシング５とガスセンサ素子３の信号取出部３３との間に、撥水フィルタ６１ｅの先端部６１２ｅと第２弾性部材６０ｅとを介装し、信号取出部３３の外周面３３１を背にしてケーシング５の中径部５１を径方向中心側に向かって圧縮して、かしめ部５５を設けてある。
　撥水フィルタ６１ｅの先端部６１２ｅを第２弾性部材６０ｅよりも、内側に配設することにより、かしめ部５５を形成する際に、第２弾性部材６０ｅを介して撥水フィルタ６１ｅが圧縮されるので、過剰な変形が抑制され、撥水フィルタ６１ｅと第２弾性部材６０ｅとの間に間隙が形成されることがなく、確実に水滴の侵入を阻止できる。

　加えて、本実施形態においては、端子金具１ｅの導通部１２の先端側に、連結部１９を介して接続する第２の導通部１８を設けて、固体電解質体３００の内径を縮径した径変部３２３において基準電極層３２０に当接せしめてある。
　本実施形態においては、撥水フィルタ６１ｅのクリープ変形が抑制されるので、前記実施形態以上に水滴の侵入防止が図られている。さらに、グロメットの熱劣化を抑制して、導通信頼性の確保と耐久性の向上を図る効果に加え、第２の導通部１８によって補完的に導通信頼性が向上されている。
　第２の導通部１８は、先端側で二股に分かれた舌片状に形成されており、傾斜した径変部３２３に当接することで軸方向と径方向とに押圧することになる。その結果、端子金具１ｅに外部からの振動が作用しても、基準電極層３２０を径方向に弾性的に押圧する導通部１２と基準電極層３２０を軸方向にも径方向にも端正的に押圧する第２の導通部１８とのいずれかが常に基準電極層３２０との導通を維持することになるので、極めて高い導通信頼性を発揮できる。

　図５Ｆを参照して、第２の実施形態におけるガスセンサの変形例８ｆについて説明する。
　前記実施形態においては、端子金具１、１a～１ｅにおいて、信号線２を圧着する圧着部１０を端子金具１の先端に設けた例を示したが、本実施形態においては、端子金具１ｆとして、信号線２の芯線２０を圧着固定する圧着部１０ｈが、端子金具１ｆの中心に配設され、連結部１３ｆを介して、基端側に基端側当接部１６を有する筒状部１５が設けられ、先端側に連結部１１ｆを介して、導通部１２ｆが設けられている点が相違する。
　なお、本変形例を一部の変形例を除き、他の実施形態と組み合わせることも可能である。

　本実施形態においても、第２の実施形態におけるガスセンサ８ｅと同様に、加えて、ガスセンサ素子３の平面部３４に端子金具１ｆの素子側当接部１４が当接し、基端側当接部１６が第１弾性部材４の底面４０に当接し、ガスセンサ素子３の基端と第１弾性部材４との間に、撥水フィルタ６１を介して通気孔５２に連なる断熱空間３２２が形成されるので、第１弾性部材４の熱劣化が抑制され、端子金具１ｆの導通部１２ｆと基準電極層３２１と間の導通信頼性に優れたガスセンサ８ｆを実現することができる。
　加えて、本実施形態においては、圧着部１０ｆがガスセンサ素子３の内側に収容されるので、ガスセンサ８ｆの体格を小さくすることができる。
　さらに、圧着部１０ｆが、導通部１２ｆよりも基端側に設けられているため、圧着部１０を先端に設けたガスセンサ８、８ａ～８ｅ比べ、熱源から圧着部１０ｆまでの距離が遠くなるので、信号線２の絶縁被覆への熱的ダメージを軽減できる。

　図５Ｇを参照して、第３の実施形態におけるガスセンサ８ｇについて説明する。本実施形態においては、信号線２との接続を図る圧着部１０ｇを基端側に設けた端子金具１ｇを用いると共に、圧着部１０ｇを内側に収容する筒状に形成した絶縁体６６を設けた点が相違する。
　本実施形態における端子金具１ｇでは、圧着部１０ｇが筒状部１５ｇよりも基端側に設けられている。
　本実施形態によれば、圧着部１０ｇが通気孔５２よりも基端側に位置し、比較的低温の環境に配置されるので、信号線２の絶縁被覆への熱的ダメージを低減することもできる。

　絶縁体６６は、アルミナ等の絶縁材料を用いて、圧着部１０ｇを収容可能な空間を内側に設けて環状に形成し、筒状部１５ｇと底面４０との間に介装してある。
　この場合、熱伝導率の高い絶縁体６６が第１状弾性部材４の底面４０に接することになるが、絶縁体６６よりも先端側に、筒状部１５ｇによって支持されつつ、通気孔５２を介して大気に連通された断熱空間３２２が絶縁体６６よりも先端側に存在するため、ガスセンサ素子３を加熱する被測定ガスの熱が第１弾性部材４に到達することがほとんどなく、第１弾性部材４の熱劣化を抑制することが可能となる。

　本実施形態においては、第１の実施形態と同様、第２弾性部材６０を撥水フィルタ６１の先端部６１２をよりも、内側に配設した例を示したが、第２の実施形態と同様、撥水フィルタ６１ｅの先端部６１２ｅを第２弾性部材６０ｅよりも内側に配設しても良い。
　また、筒状の絶縁体６６に代えて、第１弾性部材４の先端側に、圧着部１０ｇを収容するための圧着部空間部を設けて第１弾性部材４の内側に収容するようにしても良い。

　図５Ｈを参照して、第４の実施形態におけるガスセンサ８ｈについて説明する。本実施形態においては、端子金具１ｈを用いた点が相違する。
　また、本実施形態では、第１の実施形態と同様、第２弾性部材６０を撥水フィルタ６１の先端部６１２をよりも、内側に配設した例を示したが、第２の実施形態と同様、撥水フィルタ６１ｅの先端部６１２ｅを第２弾性部材６０ｅよりも内側に配設しても良い。
　本実施形態においても、前記実施形態と同様に、センサ内部への水滴の侵入を阻止し、耐久性に優れたガスセンサ８ｈを実現できる。
　本実施形態におけるガスセンサ素子３ｈでは、固体電解質体３００の内周表面３２１ｈに形成した基準電極層３２０ｈを、固体電解質体３００の基端側に形成した信号取出部３３ｈにおいて、固体電解質体３００の外周面３３１ｈまで延設してある。
　本実施形態においても、第１弾性部材４とガスセンサ素子３ｈとの間に断熱空間３２２を形成することで、第１弾性部材４の熱劣化が抑制されている。

　さらに、端子金具１ｈの筒状部１５ｈの一部を、導通部１２ｈとして、固体電解質体３００の外周面３３１ｈに嵌着せしめてある。
　導通部１２ｈは、固体電解質体３００の外周面３３１ｈの外径よりも僅かに小さい径で一部が切り欠かれた断面Ｃ字形に形成されており、導通部１２ｈを外周面３３１ｈに嵌着したときに外側から中心に向かう方向の押圧力を生じるよう付勢されている。

　これによって、導通部１２ｈが外周側方向から基準電極層３２０ｈを弾性的に押圧して導通を図っている。
　導通部を固体電解質体３００の内周面３２１ｈに圧入する場合にくらべ、導通部１２ｈの外径が大きくなることで、導通部１２ｈの表面積が拡大され、冷却効果が向上し、第１弾性部材４への伝熱量の低減を図ることも可能となる。

　さらに、信号取出部３３ｈの外周に設けた段差部を平面部３４ｈとして、素子側当接部１４ｈを当接せしめてあり、筒状部１５ｈの基端側当接部１６ｈが第１弾性部材４の底面４０に当接し、軸方向にも第１弾性部材４から弾性的な押圧力が作用し、導通信頼性の向上を図っている。
　さらに、導通部１２ｈの外周を覆うように第２弾性部材６０が嵌着され、撥水フィルタ６１と共にかしめ部５５によって外周方向から圧縮されている。
　導通部１２ｈは、信号取出部３３ｈの外周面３３１ｈに延設した基準電極層３２０ｈを中心に向かって、弾性的に押圧するように付勢されているが、第２弾性部材６０が重畳的に導通部１２ｈを中心に向かって弾性的に押圧するので、より一相導通信頼性を向上させることができる。

　図６を参照して、第５の実施形態におけるガスセンサ８ｉについて説明する。前記実施形態においては、ケーシング５をハウジング７に溶接固定した例を示したが、本実施形態においては、ケーシング５ｉの先端に外周方向に張り出す鍔部５６ｉを設けて、粉末充填部材６２ｉ、絶縁性封止部材６３ｉ、シール部材６４と共に、ハウジング７ｉの粉末充填部係止部７２とかしめ部７３ｉとの間に挟持し、軸方向の軸力を負荷して、加締め固定した点が相違する。
　本実施形態におけるケーシング５ｉの中径部５１の先端には、径方向に向かってハット型に広がる鍔部５６ｉが設けられている。鍔部５６ｉは、シール部材６４と共に、ハウジング７ｉのかしめ部７３ｉによってかしめ固定されている。
　また、図６には、第１の実施形態におけるガスセンサ８に用いた端子金具１と同じ構成の端子金具１を用いた例を示してあるが、上述の端子金具１ａ～１ｈのいずれも適宜採用することができる。本実施形態においても、前記実施形態と同様の効果を発揮できる。

　図７Ａを参照して、第６の実施形態におけるガスセンサ８ｊについて説明する。前記実施形態においては、いわゆるヒータレスタイプのガスセンサを示したが、本発明は、本実施形態に示すように、軸状のヒータＨを内蔵するガスセンサ８ｉにも適用できる。
　なお、前記実施形態における各変形例を適宜採用することもできる。
　本実施形態におけるガスセンサ８ｊは、ガスセンサ素子３ｊと、ガスセンサ素子３ｊの内側に設けられ、通電により発熱する発熱体を内蔵するヒータＨと、ヒータＨの基端に設けた一対の通電電極ＥＬＨに接続する一対の通電端子金具１Ｈと、通電端子金具１Ｈを介して外部に接続する一対の通電線２Ｈと、ガスセンサ素子３ｊに設けた基準電極層３２０に接続するプラス端子金具１Ｐと、プラス端子金具１Ｐを介して外部に接続するプラス信号線２Ｐと、測定電極層３１０に接続するマイナス端子金具１Ｎと、マイナス端子金具１Ｎを介して外部に接続するマイナス信号線２Ｎと、ガスセンサ素子３ｊの基端側を覆うケーシング５ｊと、一対の通電線２Ｈとプラス信号線２Ｐとマイナス信号線２Ｎとを保持しつつ、ケーシング５ｊの基端側を封止する第１弾性部材４ｊと、ケーシング５ｊに穿設した通気孔５２に対向して設けられた筒状の撥水フィルタ６１ｊと、第２弾性部材６０ｊと、ハウジング７ｊとによって構成されている。

　本実施形態においても、前記実施形態と同様に、絶縁体６６ｊを背にして、第１弾性部材４ｊの先端側に設けた筒状部４１ｊと撥水フィルタ６１ｊの基端側とをケーシング５ｊの基端側かしめ部５７で加締め、第２弾性部材６０ｊと撥水フィルタ６１ｊとをガスセンサ素子３ｊの信号取出部３３ｊを背にして、ケーシング５の先端側かしめ部５５によってかしめることで、撥水フィルタ６１ｊの両端の気密性を維持し、外部からの水滴の侵入を阻止することができる。
　また、本実施形態においては、測定電極層３１０に接続するマイナス端子金具１Ｎの導通部１２Ｎをガスセンサ素子３ｊの基端側から突出させて、断熱空間形成用筒状部１５ｊとし、基端側当接部１６ｊを絶縁体６６ｊの底面に当接させて、断熱空間３２２ｊを形成している。

　図７Ｂを参照して、第６の実施形態におけるガスセンサの変形例８ｋについて説明する。本実施形態では、ケーシング５ｋの先端に外周方向に張り出す鍔部５６ｋを設けて、粉末充填部材６２ｋ、絶縁性封止部材６３ｋ、シール部材６４と共に、ハウジング７ｋの粉末充填部係止部７２とかしめ部７３ｋとの間に挟持し、軸方向の軸力を負荷して、加締め固定した点が相違する。
　また、前記実施形態における変形例を適宜採用することもできる。本実施形態においても、前記実施形態と同様の効果を発揮できる。

　尚、本発明は、前記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、前記実施形態においては、濃度検出素子として酸素イオン導電性の固体電解質体の内外面に電極層を形成した酸素濃度センサの場合について説明したが、本発明は、測定部に複数の電極層と固体電解質体を形成したＮＯｘセンサや、固体電解質体としてプロトン伝導体を用いたアンモニアセンサ等においても適宜採用し得るものである。

　１　端子金具
　２　信号線
　３　ガスセンサ素子
　３０　検出部
　３００　固体電解質体
　３０１　該固体電解質体外周表面
　３１０　測定電極層
　３２　基準ガス室
　３２０　基準電極層
　３２１　固体電解質体内周表面
　３３　ガスセンサ素子信号取出部
　３３１　信号取出部外周面
　４　第１の筒状弾性部材（第１弾性部材）
　５　ケーシング
　５２　通気孔
　５４　基端側かしめ部
　５５　先端側かしめ部
　６０　第２の筒状弾性部材（第２弾性部材）
　６１　撥水フィルタ
　６１１　撥水フィルタ基端部
　６１２　撥水フィルタ先端部
　７　ハウジング
　９１　被測定ガス

Claims

　少なくとも、特定イオンに対して伝導性を有する有底筒状の固体電解質体（３００）と、
　該固体電解質体の外周表面（３０１）に形成され、被測定ガス（９１）に接する測定電極層（３１０）と、前記固体電解質体の内周表面（３２１）に形成され、基準ガスとして導入した大気に接する基準電極層（３２０）とからなる検出部（３０）を具備して、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子（３、３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｈ）と、
　該ガスセンサ素子と外部との接続を図る信号線（２、２Ｐ、２Ｈ、２Ｎ）と、
　前記ガスセンサ素子と前記信号線との接続を図る端子金具（１、１ａ～１ｉ、１Ｐ、１Ｎ）と、
　前記ガスセンサ素子を収容し、前記検出部を被測定ガス（９１）中に配設・固定するハウジング（７、７ｊ、７ｋ）と、
　前記ガスセンサ素子の基端側を前記端子金具と共に覆いつつ、内側に大気を導入する通気孔（５２）を備えた筒状のケーシング（５、５ｋ）と、
　該ケーシングの基端側を封止しつつ、前記端子金具に接続された前記信号線を保持する第１の筒状弾性部材（４，４ｊ、４ｋ）と、
　前記通気孔に対向して設けられ、気体の透過は許容し液体の透過は阻止する多孔質繊維構造体を筒状に形成した撥水フィルタ（６１、６１ｅ）と、を具備し、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサであって、
　前記撥水フィルタの基端部（６１１、６１１ｅ）は、前記第１の筒状弾性部材と、前記信号線と共に、前記ケーシングの基端側を圧縮変形した基端側かしめ部（５４）によって封止し、
　前記ケーシング（５、５ｋ）と前記ガスセンサ素子の信号取出部（３３、３３ｈ、３３ｋ）との間に、前記ケーシング及び前記撥水フィルタを弾性的に押圧する第２の筒状弾性部材（６０、６０ｅ）を設け、
　前記撥水フィルタの先端部（６１２、６１２ｅ）は、前記第２の筒状弾性部材と共に、前記信号取出部の外周面（３３１、３３１ｈ、３３１ｋ）を背にして、前記ケーシングの先端側を圧縮変形した先端側かしめ部（５５、５５ｅ）によって封止したことを特徴とするガスセンサ（８、８ａ～８ｋ）。
　前記第２の筒状弾性部材を前記撥水フィルタと前記信号取出部の外周面との間に設けた請求項１に記載のガスセンサ。
　前記撥水フィルタを前記第２の筒状弾性部材と前記信号取出部の外周面との間に設けた請求項１に記載のガスセンサ。
　前記第１の筒状弾性部材及び前記第２の筒状弾性部材が、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムのいずれかから選択した耐熱性弾性部材からなる請求項１ないし３のいずれか記載のガスセンサ。
　前記端子金具の一部が、前記信号取出部から突出して、前記第１の筒状弾性部材の底面に当接して、前記ガスセンサ素子と前記第１の筒状弾性部材との間に前記通気孔に連通する断熱空間を具備する請求項１ないし４のいずれか記載のガスセンサ。