WO2015190379A1 - ガスセンサ - Google Patents

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山田　豊
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株式会社デンソー
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/409—Oxygen concentration cells

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor.
  • a gas sensor that detects a predetermined gas component in exhaust gas is used for air-fuel ratio control of an internal combustion engine mounted on an automobile or the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-326395 discloses such a gas sensor.
  • This gas sensor includes a sensor element that includes a detection unit that detects a predetermined gas component, an insulator that holds the sensor element, and a substantially cylindrical housing that holds the insulator inside.
  • a flange protrudes from the outer peripheral surface of the insulator, and an annular inner protrusion protrudes from the inner wall of the housing.
  • the diameter of the inner wall of the inner projecting portion of the housing is smaller than the outer diameter of the flange portion of the insulator.
  • the insulator is inserted through the housing, and the flange portion is supported by the inner projecting portion.
  • a talc is filled between the insulator and the housing and compressed to form a seal member, and the insulator and the housing are sealed. This prevents exhaust gas from leaking from between the insulator and the housing.
  • the seal member is compressed as described above, and the flange portion of the insulator receives pressure due to the compression.
  • the gas sensor Since the gas sensor is provided in a limited space inside an automobile or the like, it is required to reduce the diameter of the gas sensor in order to increase the degree of freedom of installation location.
  • simply reducing the diameter of the entire gas sensor has the following problems. That is, the flange part of an insulator becomes small by diameter reduction of an insulator. As a result, the stress inside the heel generated by the load due to the compression of the seal member may be excessively increased and the heel may be damaged. Therefore, there is room for improvement in order to reduce the diameter of the entire gas sensor while preventing breakage of the collar portion.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor capable of reducing the diameter while preventing damage to the flange portion of the insulator due to a load when the seal member is compressed. .
  • One embodiment of the present invention is formed in a rod shape extending in the axial direction, is exposed to a gas to be measured on the distal end side, and detects a predetermined gas component in the gas to be measured, and detection of the detection section on the proximal end side
  • a sensor element including an output unit that outputs an output signal according to the result
  • An insulator made of a cylindrical insulator having a flange formed in a convex shape on the outer peripheral surface, and formed in a cylindrical shape so as to hold the sensor element inside;
  • a cylindrical housing that holds the sensor element and the insulator inside, and has an annular protrusion formed annularly on the inner wall surface so as to support the flange portion;
  • a seal member that fills and compresses a space surrounded by the base end side surface of the flange, the inner wall surface of the housing, and the outer peripheral surface of the insulator, and seals between the insulator and the housing;
  • a gas sensor comprising: The axial length of
  • the value of the W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is in the 0.06 or less.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas sensor in the first embodiment.
  • the partially expanded view in FIG. The graph which shows the relationship between the thickness of the collar part in Example 1, and the stress value per unit load in a collar part.
  • the graph which shows the relationship between the width
  • the graph which shows the relationship between the outer diameter of a collar part in Example 1, and the stress value per unit load in a collar part.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a damage test method according to the first embodiment. Sectional drawing of the gas sensor in Example 2.
  • the gas sensor of the present invention can be used, for example, for air-fuel ratio control of an internal combustion engine such as an automobile.
  • Example 1 A gas sensor 1 according to an embodiment of the present example will be described with reference to FIGS.
  • the gas sensor 1 includes a sensor element 10, an insulator 20, a housing 30 and a seal member 40.
  • the sensor element 10 is formed in a rod shape extending in the axial direction Y.
  • the detection unit 11 detects a predetermined gas component in the measurement gas by being exposed to the measurement gas at the distal end Y1, and the detection unit at the proximal end Y2.
  • an output unit 12 that outputs an output signal corresponding to the detection results of 11.
  • the insulator 20 is a cylindrical insulator and holds the sensor element 10 in the inside 20a.
  • the insulator 20 has a flange portion 21 formed in a convex shape on the outer peripheral surface 20b.
  • the housing 30 is cylindrical and holds the sensor element 10 and the insulator 20 inside. And it has the cyclic
  • the seal member 40 is filled and compressed into a space 40 a surrounded by the proximal end side surface 21 b of the flange portion 21, the inner wall surface 30 a of the housing 30, and the outer peripheral surface 20 b of the insulator 20, and the insulator 20 and the housing 30 are compressed. The space between them is sealed.
  • the length (hereinafter also referred to as “thickness”) of the flange portion 21 in the axial direction Y is T
  • the protruding length (hereinafter also referred to as “width”) of the flange portion 21 in the radial direction X is T
  • the stress value per unit load represented by W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is in the 0.06 or less.
  • the axial direction of the sensor element 10 is Y
  • the direction perpendicular to the axial direction Y, that is, the radial direction of the insulator 20 is X.
  • the gas sensor 1 is attached to an exhaust system of an internal combustion engine in an automobile or the like, and is used for air-fuel ratio control of the internal combustion engine.
  • the gas sensor 1 includes a housing 30 that houses the insulator 20 therein.
  • a double-structured gas-side cover 50 to be measured which includes an outer cover 51 and an inner cover 52, is provided at the front end Y1 of the housing 30.
  • the measured gas side cover 50 is provided with a measured gas introduction hole 501 through which the measured gas is introduced.
  • a measurement gas side atmosphere (also referred to as an atmospheric chamber) 53 is formed inside the inner cover 52 by introducing the measurement gas into the measurement gas side cover 50 from the measurement gas introduction hole 501.
  • an atmosphere side cover 54 is provided on the base end side Y2 of the housing 30.
  • An air introduction hole (not shown) is provided on the outer peripheral surface of the base end side Y ⁇ b> 2 of the atmosphere side cover 54.
  • a water repellent filter is provided in the atmosphere introduction hole, and the atmosphere is introduced into the atmosphere side cover 54 through the water repellent filter from the atmosphere introduction hole.
  • An air atmosphere (also referred to as an air chamber) 55 is formed inside.
  • the annular protrusion 31 formed on the inner wall surface 30 a of the housing 30 is formed over the entire circumference at a substantially center in the axial direction Y of the inner wall surface 30 a.
  • the annular protrusion part 31 is comprised so that the collar part 21 formed in the outer peripheral surface 20b of the insulator 20 may be supported.
  • the insulator 20 is made of alumina ceramic.
  • the seal member 40 is made of powdered talc. As shown in FIG. 2, the talc is formed in a space 40 a surrounded by a base end side surface 21 b facing the base end side Y ⁇ b> 2 in the flange portion 21, an inner wall surface 30 a of the housing 30, and an outer peripheral surface 20 b of the insulator 20. Filled and compressed.
  • the seal member 40 is provided in the entire circumferential direction of the insulator 20 and seals between the insulator 20 and the housing 30.
  • a load P in the distal end Y1 direction in the axial direction Y is applied to the flange portion 21.
  • the stress generated in the flange portion 21 by the load P can be expressed as follows.
  • the stress ⁇ ′ generated in the cantilever beam of the prism with respect to the load P is expressed by the equation (1) when the distance W ′ to the power point, the thickness of the prism column T ′, and the length L ′.
  • ⁇ ' P ⁇ W' ( L ' ⁇ T' 2/6) ⁇ Equation (1)
  • the flange 21 that receives the load P has a donut shape when viewed from the axial direction Y. Therefore, the distance W ′ is the width W of the flange portion 21 (the protruding length of the flange portion 21 in the radial direction X, that is, the distance in the radial direction X from the outer peripheral surface 20b of the insulator 20 to the outer peripheral surface 21a of the flange portion 21).
  • the thickness T ′ can be the length T in the axial direction Y of the flange 21, and the length L ′ can be approximated as the circumferential length L of the flange 21.
  • L is 2 ⁇ ⁇ ⁇ (D / 2).
  • Equation (2) the stress ⁇ generated in the flange portion 21 due to the load P
  • Equation (3) the stress value per unit load
  • the width W of the flange 21 is 2.45 mm
  • the outer diameter D of the flange 21 is 14.75 mm
  • the length T in the axial direction Y is 2.3 mm.
  • the value of stress per unit load W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is 0.06.
  • the value of the W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is in the 0.06 or less.
  • this example provides the gas sensor 1 that can be reduced in diameter while preventing damage to the flange portion 21 of the insulator 20 due to a load when the seal member 40 is compressed.
  • the breakage test was conducted as follows. As shown in FIG. 6, the sample 1 or the sample 2 was first placed on the lower jig 101.
  • the lower jig 101 has a cylindrical shape, and the flange portion 21 is supported on the end portion 101a on the base end side Y2 in the axial direction Y.
  • the upper jig 102 was applied to the end portion of the base end side Y2 of the insulator 20, and a predetermined amount of load P was applied to the front end side Y1 in the axial direction Y using an Amsler type compression tester. Thereafter, the presence or absence of cracks in the insulator 20 was examined by a dye penetrant inspection (so-called red check). A crack was determined to be damaged.
  • the number of samples 1 and 2 was 20, and the load P was increased by 5 kN from 30 kN to 60 kN, and the number of damaged samples was cumulatively counted. The results are shown in Table 2.
  • the gas sensor 1 of this example includes a collar part 210 shown in FIG. 7 instead of the collar part 21 (FIGS. 1 and 2) in the first embodiment. Further, instead of the housing 30 (FIG. 1), a housing 300 and a flare nut 350 shown in FIG. 7 are provided. Other components are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals as those in the first embodiment are used in this example, and the description thereof is omitted.
  • the collar portion 210 has an outer diameter D of 11.1 mm, a width W of 1.75 mm, and a length T in the axial direction Y of 7.85 mm. Then, a value of 0.005 in W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6), and has a 0.06 or less of the value. Therefore, even in this example, even if the diameter of the gas sensor 1 is reduced, the thickness T of the flange portion 210 is sufficiently ensured. Therefore, the flange portion 210 is caused by the stress in the flange portion 210 generated when the seal member 40 is compressed. Is prevented from being damaged.
  • the outer diameter D is smaller than in the case of Example 1, but the length in the axial direction Y (the thickness of the flange 210) T of the flange 210 is large. The effect of preventing damage to the insulator 20 is even higher.
  • the housing 300 is formed in a cylindrical shape, and a flare nut 350 is screwed to the outside thereof.
  • a flare nut 350 is screwed to the outside thereof.
  • Example 3 The gas sensor of this example includes a flange 220 as shown in FIG. 8 instead of the flange 210 (FIG. 7) in the second embodiment.
  • the flange portion 220 has an outer diameter D is 11.1 mm, the width W is 1.75 mm, is 3.0mm thick, the value of W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is in the 0.034 .
  • symbol is attached
  • the length T in the axial direction Y of the flange portion 220 is 3.0 mm, and the flange portion 220 is thinner than that in the second embodiment.
  • the value of W / ( ⁇ ⁇ D ⁇ T 2/6) is a value of 0.06 or less. Therefore, in this example as well, even if the gas sensor 1 is reduced in diameter, the length Y in the axial direction Y of the flange 220 (the thickness of the flange 220) is sufficiently secured. This prevents the flange 220 from being damaged by the stress in the flange 220 that is generated when the seal member 40 is compressed. Furthermore, since the flange portion 220 is thinner than in the second embodiment, the insulator 20 can be formed in a small size, which contributes to downsizing of the entire gas sensor 1. In addition, there exists an effect equivalent to Example 2. FIG.

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Abstract

　ガスセンサは、センサ素子、インシュレータ、ハウジング及びシール部材を備える。インシュレータはセンサ素子を内部に保持するように筒状に形成され、外周面に凸状に形成された鍔部を有している。ハウジングはセンサ素子とインシュレータとを内部に保持し、内側壁面に鍔部が支承される環状突出部を有している。シール部材は鍔部とハウジングとインシュレータとで囲まれた空間に充填されて圧縮されている。鍔部の軸方向Ｙの長さをＴ、鍔部の径方向Ｘの突出長さをＷ、鍔部の外径をＤとしたとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０６以下である。これにより、シール部材を圧縮する際の荷重によるインシュレータの鍔部の破損が防止され、ガスセンサを小型化することができる。

Description

ガスセンサ
　本発明は、ガスセンサに関する。
　自動車等に搭載される内燃機関の空燃比制御のために、排気ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサが用いられている。例えば、特開２００５－３２６３９５号公報には、このようなガスセンサが開示されておる。このガスセンサは、所定ガス成分を検出する検出部を備えるセンサ素子と、該センサ素子を保持するインシュレータと、内部にインシュレータを保持する略筒状のハウジングとを備えている。インシュレータの外周面には鍔部が突出しており、ハウジングの内壁には環状の内側突出部が突出している。ハウジングの内側突出部の内壁の径は、インシュレータの鍔部の外径よりも小さくなっている。そして、インシュレータがハウジングに挿通されて当該鍔部が当該内側突出部に支承されている。インシュレータとハウジングとの間にはタルクが充填されて圧縮されることによりシール部材を構成し、インシュレータとハウジング間をシールしている。これにより、インシュレータとハウジングとの間から排気ガスが、その外部に漏えいすることが防止されている。シール部材は上記のように圧縮されており、インシュレータの鍔部がこの圧縮による圧力を受けている。
　上記ガスセンサは自動車等の内部の限られたスペースに設けられることから、設置場所の自由度を高めるためにガスセンサの小径化が求められている。しかしながら、ガスセンサ全体を単に小径化すると以下のような問題がある。すなわち、インシュレータの小径化によってインシュレータの鍔部が小さくなる。これにより、シール部材の圧縮による荷重によって生じる鍔部内部の応力が過度に高まって鍔部が破損するおそれがある。したがって、鍔部の破損を防止しつつ、ガスセンサ全体を小径化するには改善の余地がある。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、シール部材を圧縮する際の荷重によるインシュレータの鍔部の破損を防止しつつ、小径化することができるガスセンサを提供しようとするものである。
　本発明の一態様は、軸方向に延びる棒状に形成され、先端側に被測定ガスに曝されて被測定ガス中の所定ガス成分を検出する検出部と、基端側に該検出部の検出結果に応じた出力信号を出力する出力部とを備えたセンサ素子と、
　該センサ素子を内部に保持するように筒状に形成されるとともに、外周面に凸状に形成された鍔部を有する筒状の絶縁体からなるインシュレータと、
　上記センサ素子と上記インシュレータとを内部に保持するとともに、上記鍔部を支承するように内側壁面に環状に突出形成された環状突出部を有する筒状のハウジングと、
　上記鍔部の基端側面と、上記ハウジングの内側壁面と、上記インシュレータの外周面とで囲まれた空間に充填されるとともに圧縮されて上記インシュレータと上記ハウジングとの間をシールするシール部材と、を備えるガスセンサにおいて、
　上記鍔部の軸方向の長さをＴ、上記鍔部の径方向の突出長さをＷ、上記鍔部の外径をＤとしたとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）で示される単位荷重あたりの応力値が０．０６以下であることを特徴とするガスセンサにある。
　上記ガスセンサにおいては、上記Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０６以下となっている。これにより、上記ガスセンサを小径化しても、鍔部の軸方向の長さＴ（すなわち、鍔部の厚さ）が十分確保されることから、シール部材の圧縮の際に生じる鍔部内の応力によってインシュレータの鍔部が破損することが防止される。
　以上のごとく、本発明によれば、シール部材を圧縮する際の荷重によるインシュレータの鍔部の破損を防止しつつ、小径化することができるガスセンサを提供することができる。
実施例１における、ガスセンサの断面図。 図１における一部拡大図。 実施例１における、鍔部の厚さと鍔部における単位荷重あたりの応力値との関係を示すグラフ。 実施例１における、鍔部の幅と鍔部における単位荷重あたりの応力値との関係を示すグラフ。 実施例１における、鍔部の外径と鍔部における単位荷重あたりの応力値との関係を示すグラフ。 実施例１における、破損試験の方法を説明する模式図。 実施例２における、ガスセンサの断面図。 実施例３における、ガスセンサの断面図。
　本発明のガスセンサは、例えば、自動車などの内燃機関の空燃比制御に使用することができる。
（実施例１）
　本例の実施例に係るガスセンサ１につき、図１～図６を用いて説明する。
　ガスセンサ１は、センサ素子１０、インシュレータ２０、ハウジング３０及びシール部材４０を備える。
　センサ素子１０は、軸方向Ｙに延びる棒状に形成され、先端側Ｙ１に被測定ガスに曝されて被測定ガス中の所定ガス成分を検出する検出部１１と、基端側Ｙ２に該検出部１１の検出結果に応じた出力信号を出力する出力部１２とを備えている。
　インシュレータ２０は、筒状の絶縁体であり、センサ素子１０をその内部２０ａに保持する。また、インシュレータ２０は、その外周面２０ｂに凸状に形成された鍔部２１を有する。
　ハウジング３０は筒状であって、センサ素子１０とインシュレータ２０とを内部に保持している。そして、内側壁面３０ａに鍔部２１が支承されるように環状に形成された環状突出部３１を有している。
　シール部材４０は、鍔部２１の基端側面２１ｂと、ハウジング３０の内側壁面３０ａと、インシュレータ２０の外周面２０ｂとで囲まれた空間４０ａに充填されるとともに圧縮されてインシュレータ２０とハウジング３０との間をシールしている。
　そして、図２に示すように、鍔部２１の軸方向Ｙの長さ（以下「厚さ」ともいう）をＴ、鍔部２１の径方向Ｘの突出長さ（以下「幅」ともいう）をＷ、鍔部２１の外径をＤとしたとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）で示される単位荷重あたりの応力値が０．０６以下となっている。
　なお、センサ素子１０の軸方向をＹとし、軸方向Ｙに垂直な方向、すなわちインシュレータ２０の径方向をＸとする。
　以下、ガスセンサ１について、詳述する。
　ガスセンサ１は自動車等における内燃機関の排気系に取付けられて、内燃機関の空燃比制御に利用されるものである。図１に示すごとく、ガスセンサ１はインシュレータ２０を内部に収納するハウジング３０を備える。ハウジング３０の先端側Ｙ１には外側カバー５１、内側カバー５２よりなる二重構造の被測定ガス側カバー５０が設けられている。被測定ガス側カバー５０には被測定ガスが導入される被測定ガス導入穴５０１が設けられている。被測定ガス導入穴５０１から被測定ガス側カバー５０の内側に被測定ガスが導入されることにより、内側カバー５２の内部に被測定ガス側雰囲気（大気室とも言う）５３が形成されている。
　また、ハウジング３０の基端側Ｙ２には大気側カバー５４が設けてある。大気側カバー５４の基端側Ｙ２の外周面には図示しない大気導入穴が備えられている。また、大気導入穴には撥水フィルタが設けられており、大気導入穴から当該撥水フィルタを介して大気が大気側カバー５４内に流入されるように構成されており、大気側カバー５４の内部に大気側雰囲気（大気室とも言う）５５が形成されている。
　図１、図２に示すごとく、ハウジング３０の内側壁面３０ａに形成された環状突出部３１は内側壁面３０ａの軸方向Ｙにおける略中央において、全周に渡り形成されている。
　そして、環状突出部３１がインシュレータ２０の外周面２０ｂに形成された鍔部２１を支承するように構成されている。なお、インシュレータ２０はアルミナセラミックにより構成されている。
　シール部材４０は粉末状のタルクからなる。このタルクは、図２に示すように、鍔部２１において基端側Ｙ２に面した基端側面２１ｂと、ハウジング３０の内側壁面３０ａと、インシュレータ２０の外周面２０ｂとによって囲まれた空間４０ａに充填されて圧縮されている。シール部材４０はインシュレータ２０の全周方向に設けられており、インシュレータ２０とハウジング３０との間をシールしている。
　シール部材４０を圧縮する際、図２に示すように、鍔部２１に対して、軸方向Ｙにおける先端側Ｙ１方向の荷重Ｐがかかる。荷重Ｐにより鍔部２１に生じる応力は以下のように表すことができる。まず、荷重Ｐに対して角柱の片持ち梁に生じる応力σ'は、力点までの距離Ｗ'、角柱の厚さをＴ'、長さをＬ'としたときに式（１）のように表すことができる。
　　σ'＝Ｐ×Ｗ'（Ｌ'×Ｔ'２／６）　・・・　式（１）
　そして、本例では、荷重Ｐを受ける鍔部２１は軸方向Ｙから見て、ドーナツ状となっている。そのため、距離Ｗ'は鍔部２１の幅Ｗ（鍔部２１の径方向Ｘの突出長さ、すなわち、インシュレータ２０の外周面２０ｂから鍔部２１の外周面２１ａまでの径方向Ｘにおける距離）とし、厚さＴ'を鍔部２１の軸方向Ｙの長さＴとすることができ、長さＬ'は鍔部２１の円周長さＬとして近似できる。ここで鍔部２１の外径をＤとすると、Ｌは２×π×（Ｄ／２）である。したがって、荷重Ｐにより鍔部２１に生じる応力σは式（２）のように表すことができ、単位荷重あたりの応力値は式（３）のように表すことができる。
　　σ＝Ｐ×Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）　…　式（２）
　　Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）　…　式（３）
　本例では、鍔部２１の幅Ｗは２．４５ｍｍ、鍔部２１の外径Ｄは１４．７５ｍｍ、軸方向Ｙの長さＴは２．３ｍｍである。この場合、単位荷重あたりの応力Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は、０．０６である。
　次に、ガスセンサ１における作用効果について、詳述する。
　ガスセンサ１においては、上記Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０６以下となっている。これにより、ガスセンサ１を小径化しても、鍔部２１の軸方向Ｙの長さＴ（すなわち、鍔部２１の厚さ）が十分確保されることから、シール部材４０を圧縮する際に生じる鍔部２１内の応力によって当該鍔部２１が破損することが防止される。
　以上のごとく、本例は、シール部材４０を圧縮する際の荷重によるインシュレータ２０の鍔部２１の破損を防止しつつ、小径化することができるガスセンサ１を提供する。
　次に、鍔部２１の軸方向Ｙの長さ（厚さ）ＴとＷ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値との関係を図３に示す。なお、鍔部２１の外径Ｄは１４．７５ｍｍ、幅Ｗは２．４５ｍｍである。図３に示すように、鍔部２１の軸方向Ｙの長さＴが大きくなるにつれて、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は小さくなっている。そして、かかる条件下において、Ｔが２．３ｍｍのとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は０．０６であり、Ｔが２．８ｍｍのとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は０．０４である。
　次に、鍔部２１の幅ＷとＷ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値との関係を図４に示す。なお、鍔部２１の外径Ｄは１４．７５ｍｍ、厚さＴは２．８ｍｍである。図４に示すように、鍔部２１の幅Ｗが大きくなるにつれて、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は大きくなっている。そして、かかる条件下において、Ｗが２．４５ｍｍのとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は０．０４である。
　次に、鍔部２１の外径ＤとＷ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値との関係を図５に示す。なお、鍔部の幅Ｗは２．４５ｍｍ、厚さＴは２．８ｍｍである。図５に示すように、鍔部２１の外径Ｄが大きくなるにつれて、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は小さくなっている。そして、かかる条件下において、Ｄが１４．７５ｍｍのとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値は０．０４である。
　（破損試験）
　次に、表１に示すインシュレータ２０の試料１、及び試料２について破損試験を行い、インシュレータの品質評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　破損試験は、次のように行った。図６に示すように、まず、試料１又は試料２を下側治具１０１に載置した。下側治具１０１は筒状を成しており、軸方向Ｙにおける基端側Ｙ２の端部１０１ａに鍔部２１を支承させた。次いで、上側治具１０２をインシュレータ２０の基端側Ｙ２の端部にあてがって、アムスラー式圧縮試験機を用いて軸方向Ｙにおける先端側Ｙ１に所定量の荷重Ｐを付与した。その後、染色浸透探傷検査（いわゆるレッドチェック）により、インシュレータ２０における亀裂の発生の有無を調べた。亀裂が発生していたものを破損と判断した。各試料１、２のサンプル数は２０個とし、荷重Ｐを３０ｋＮから６０ｋＮまで５ｋＮずつ増加させ、破損したサンプル数を累積的に集計した。その結果を表２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、試料１はすべてのサンプルにおいて４５ｋＮまで破損しなかった。また、試料２はすべてのサンプルにおいて３５ｋＮまで破損しなかった。通常、シール部材４０の圧縮工程では最大で３５ｋＮの荷重が鍔部２１に付与される。したがって、試料２の試験結果から、上記Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０６以下であれば、シール部材４０の圧縮工程において、鍔部２１の破損を防止することができることが示された。さらに、量産性（例えば、破損確率３σ、なお、ここでのσは標準偏差を示す）を考慮すると、より大きい荷重Ｐが付与された場合においても破損しないことが好ましいことに鑑みれば、試料１の試験結果から、上記Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０４以下であることが好ましいことが示された。この場合には、一層信頼性の高いガスセンサを提供することができる。
（実施例２）
　本例のガスセンサ１は、実施例１における鍔部２１（図１、図２）に替えて、図７に示す鍔部２１０を備える。また、ハウジング３０（図１）に替えて、図７に示すハウジング３００とフレアナット３５０を備える。その他の構成要素は実施例１の場合と同様であり、本例においても実施例１の場合と同一の符号を用いてその説明を省略する。
　鍔部２１０は、その外径Ｄが１１．１ｍｍ、幅Ｗが１．７５ｍｍ、軸方向Ｙの長さＴが７．８５ｍｍである。そして、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．００５であって、０．０６以下の値となっている。そのため、本例においても、ガスセンサ１を小径化しても、鍔部２１０の厚さＴが十分確保されることから、シール部材４０の圧縮の際に生じる鍔部２１０内の応力によって当該鍔部２１０が破損することが防止される。また、本例のガスセンサ１では、実施例１の場合に比べて、外径Ｄが小さくなっているが、鍔部２１０の軸方向Ｙの長さ（鍔部２１０の厚さ）Ｔが大きいため、インシュレータ２０の破損を防止する効果が一層高い。
　また、ハウジング３００は円筒状に形成されており、その外側にフレアナット３５０が螺合されている。上記の如く鍔部２１０の外径Ｄを小さくすることにより、ハウジング３００の肉厚とフレアナット３５０の肉厚を確保しやすくなる。その結果、インシュレータ２０の破損を防止しつつ、フレアナット３５０を備えたガスセンサ１を提供することができる。なお、フレアナット３５０を備えることにより、当該ガスセンサ１は、周方向における設置方向を容易に調整することができるため、設置自由度が一層向上する。
（実施例３）
　本例のガスセンサは、実施例２における鍔部２１０（図７）に替えて、図８に示すように鍔部２２０を備える。鍔部２２０は、その外径Ｄが１１．１ｍｍ、幅Ｗが１．７５ｍｍ、厚さが３．０ｍｍ、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０３４となっている。なお、実施例１、２の場合と同等の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
　本例では、鍔部２２０の軸方向Ｙの長さＴが３．０ｍｍであって、実施例２の場合に比べて、鍔部２２０が薄くなっている。しかし、本例においても、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０６以下の値となっている。そのため、本例においても、ガスセンサ１を小径化しても、鍔部２２０の軸方向Ｙの長さ（鍔部２２０の厚さ）Ｔが十分確保されている。これにより、シール部材４０の圧縮の際に生じる鍔部２２０内の応力によって当該鍔部２２０が破損することが防止される。さらに、実施例２に比べて、鍔部２２０が薄いことから、インシュレータ２０を小型に形成することができ、ガスセンサ１全体の小型化に寄与する。なお、実施例２と同等の作用効果を奏する。

Claims (2)

  1. 　軸方向（Ｙ）に延びる棒状に形成され、先端側（Ｙ１）に被測定ガスに曝されて被測定ガス中の所定ガス成分を検出する検出部（１１）と、基端側（Ｙ２）に該検出部（１１）の検出結果に応じた出力信号を出力する出力部（１２）とを備えたセンサ素子（１０）と、
    　該センサ素子（１０）を内部に保持するように筒状に形成されるとともに、外周面（２０ｂ）に凸状に突出形成された鍔部（２１）を有する絶縁体からなるインシュレータ（２０）と、
    　上記センサ素子（１０）と上記インシュレータ（２０）とを内部に保持するとともに、上記鍔部（２１）を支承するように内側壁面（３０ａ）に環状に突出形成された環状突出部（３１）を有する筒状のハウジング（３０）と、
    　上記鍔部（２１）の基端側面（２１ｂ）と、上記ハウジング（３０）の内側壁面（３０ａ）と、上記インシュレータ（２０）の外周面（２０ｂ）とで囲まれた空間（４０ａ）に充填されるとともに圧縮されて上記インシュレータ（２０）と上記ハウジング（３０）との間をシールするシール部材（４０）と、を備えるガスセンサ（１）において、
    　上記鍔部（２１）の軸方向（Ｙ）の長さをＴ、上記鍔部（２１）の径方向（Ｘ）の突出長さをＷ、上記鍔部（２１）の外径をＤとしたとき、Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）で示される単位荷重あたりの応力値が０．０６以下であるガスセンサ（１）。
  2. 　上記Ｗ／（π×Ｄ×Ｔ２／６）の値が０．０４以下である請求項１に記載のガスセンサ（１）。
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