特許 5698187 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5698187

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20150319BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/58 B

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-121111(P2012-121111)

(22)【出願日】2012年5月28日

(65)【公開番号】特開2013-246094(P2013-246094A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2014年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】藤田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】渥美 尚勝

(72)【発明者】

【氏名】杉原 充

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０４４０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３７２５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３２７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１５０９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びると共に、先端側に被検出ガスを検出する検出部が配置された検出素子と、
前記検出素子の径方向周囲を取り囲みつつ、前記検出部を自身の先端から突出させた状態で前記検出素子を保持する主体金具と、
自身の先端部が前記主体金具の後端部に固定される筒状の外筒と、
該外筒の後端側内部に配置されると共に、前記外筒の内部および外部との間の大気の流通を可能とする大気連通孔が形成された栓部材と、
が設けられたガスセンサであって、
前記大気連通孔の内部に配置されるとともに、少なくとも先端部の外周面が大気連通孔の内周面に接触する筒状のフィルタ部であり、通気性と防水性とを有し、前記大気連通孔を閉塞するフィルタを備えるフィルタ部と、
前記フィルタ部よりも後端側に配置され、前記大気連通孔よりも径が小さな開口が設けられた蓋部と、該蓋部に接続すると共に、自身の先端部が前記大気連通孔内に配置される筒状の筒状部と、を有する保護部と、
を更に備え、
前記筒状部の前記先端部には、径方向外側に突出すると共に、前記大気連通孔の内周面と係り止めされる突出部が設けられ、
前記フィルタと前記保護部の前記蓋部とが、前記蓋部の開口によって外部と連通して大気が流入する後端側空間を形成するように離間していることを特徴とするガスセンサ。

【請求項2】

前記栓部材の後端向き面には、前記大気連通孔を起点に径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって凹む溝部が形成され、
前記保護部の前記蓋部は、前記溝部の底面よりも後端側に突出していることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記フィルタ部は、前記先端部の外周面が前記大気連通孔の内周面に接触するとともに、後端部の外周面が前記大気連通孔に対して前記保護部の前記筒状部を介して離間するとともに、前記フィルタ部の後端が前記溝部の前記底面よりも後端側に突出し、
前記フィルタは、前記フィルタ部の後端に設けられており、
前記筒状部には、前記軸線方向において、前記フィルタと開口領域とが重なる側面孔が設けられていることを特徴とする請求項２記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記筒状部には、前記外筒の内部および外部との間の大気の流通を可能とする側面孔が設けられていると共に、前記フィルタ部は、前記先端部の外周面が前記大気連通孔の内周面に接触するとともに、後端部の外周面が前記大気連通孔に対して前記保護部の前記筒状部を介して離間しており、
さらに前記筒状部と、前記フィルタ部の前記後端部とが、前記側面孔によって外部と連通するとともに、前記後端側空間とも連通する側方空間が形成するように離間していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を測定する際に、基準ガスとして大気を外部から導入するガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ジルコニアなどのセラミックスから形成された固体電解質体を用いて、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素などの特定ガス成分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。その中で、酸素を検出する酸素センサの検出素子は、排気ガスに晒される検出電極と、基準となる大気などのガスに晒される基準電極とが一対となり、両電極の間に固体電解質体を挟む構成となっている。酸素センサの検出素子は、固体電解質体に隔てられた排気ガスと基準ガス（大気）との２つの雰囲気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によって排気ガス中の酸素の検出を行っている。

【0003】

検出素子の検出信号は、リード線によって酸素センサの外部回路に引き出されている。さらに、酸素センサには、素子やリード線等の保護を行うために、素子やリード線等の周囲を覆う金属製の外筒が設けられている。リード線は外筒の後端から外部に引き出されており、さらに外筒の後端側には、外筒を塞ぐ栓部材が組み付けられている。この栓部材には、リード線を挿通させる挿通孔の他に、大気を基準電極に導く貫通孔も設けられている。この貫通孔には、大気の流通を許容しつつ、水滴などの水分の浸入を防止する通気フィルタが配置されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0004】

上述の通気フィルタとしては撥水性を有する樹脂膜から形成されることが多く、この樹脂膜は草木の接触や飛石等の衝突といった外部からの衝撃によって破れてしまうおそれがあった。つまり、通気フィルタが外部に露出していると、外部からの衝撃により破れて、酸素センサ内に水分の浸入を許してしまうおそれがあった。このような通気フィルタの破損を防止するために、通気フィルタを保護する部材で、栓部材ごと通気フィルタを覆う技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２４９６７８号公報

【特許文献2】特開２００８−２９２４５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に記載された技術では、栓部材に通気フィルタが取り付けられた後に、栓部材ごと通気フィルタを保護部材で覆う構成が取られているため、ガスセンサの製造段階で通気フィルタが破損する可能性があるという問題があった。

【0007】

つまり、栓部材に通気フィルタが取り付けられてから保護部材で覆われるまでの間は、通気フィルタが外部に露出しているため、通気フィルタが破損する可能性があった。さらに、栓部材を保護部材で覆う際に、保護部材が通気フィルタと接触して、通気フィルタが破損する可能性もあった。

【0008】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、通気フィルタの破損をより容易に防ぐことができるガスセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサは、軸線方向に延びると共に、先端側に被検出ガスを検出する検出部が配置された検出素子と、前記検出素子の径方向周囲を取り囲みつつ、前記検出部を自身の先端から突出させた状態で前記検出素子を保持する主体金具と、自身の先端部が前記主体金具の後端部に固定される筒状の外筒と、該外筒の後端側内部に配置されると共に、前記軸線方向延びて前記外筒の内部および外部との間の大気の流通を可能とする大気連通孔が形成された栓部材と、が設けられたガスセンサであって、前記大気連通孔の内部に配置されるとともに、少なくとも先端部の外周面が大気連通孔の内周面に接触する筒状のフィルタ部であり、通気性と防水性とを有し、前記大気連通孔を閉塞するフィルタを備えるフィルタ部と、前記フィルタ部よりも後端側に配置され、前記大気連通孔よりも径が小さな開口が設けられた蓋部と、該蓋部に接続すると共に、自身の先端部が前記大気連通孔内に配置される筒状の筒状部と、を有する保護部と、を更に備え、前記筒状部の前記先端部には、径方向外側に突出すると共に、前記大気連通孔の内周面と係り止めされる突出部が設けられ、前記フィルタと前記保護部の前記蓋部とが、前記蓋部の開口によって外部と連通して大気が流入する後端側空間が形成するように離間していることを特徴とする。

【0010】

本発明のガスセンサによれば、フィルタ部よりも更に後端側に配置され、大気連通孔よりも径が小さい開口が設けられた蓋部と、蓋部に接続するとともに、自身の先端部が大気連通孔の内部に配置される筒状部を有する保護部を配置することにより、保護部によってフィルタが外部に露出することがなく、フィルタの破損が抑制される。さらに、栓部材に、フィルタ部および保護部を配置する場合、大気連通孔の先端側の開口から保護部を後端側に向けて挿入し、その後、同じく先端側の開口からフィルタ部を挿入することにより、フィルタ部の後端側に保護部が配置される。そのため、特許文献２のように、フィルタ部を大気連通孔内に配置した後に、保護部を栓部材ごと覆うように配置する場合と比較して、フィルタ部を保護部で傷つけるおそれがない。さらに、配置されたフィルタ部が露出している期間が殆どないため、言い換えると、フィルタ部を配置すると同時に保護部に覆われるため、ガスセンサの製造過程でフィルタ部が破損する可能性が低くなる。

【0011】

また、筒状部の先端部には、径方向外側に突出すると共に、大気連通孔の内周面と係り止めされる突出部を備えている。これにより、保護部の突出部が大気連通孔の内周面と係り止めされるため、大気連通孔の内部に配置された保護部が、大気連通孔から抜け落ちるおそれがない。

【0012】

フィルタ部のフィルタと保護部の蓋部との間には、保護部の蓋部に設けられた開口を介して大気が流入する後端側空間が設けられているため、フィルタと蓋部が直接に接触しない。言い換えると、フィルタと蓋部が直接に接触することで、大気導入孔よりも径が小さい開口を有する蓋部によってフィルタ部における通気量が減少するおそれがない。

【0013】

上記発明において前記栓部材の後端向き面には、前記大気連通孔を起点に径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって凹む溝部が形成され、前記保護部の前記蓋部は、前記溝部の底面よりも後端側に突出していることが好ましい。

【0014】

このように保護部の蓋部を、溝部の底面よりも後端側に突出させることにより、大気連通孔における後端側の開口に蓋部を底とする凹部が形成されることが防止され、当該凹部に外部からの異物が堆積することを防止できる。そのため、蓋部の開口が上述の異物などで塞がれることを防止でき、フィルタにおける通気が阻害されにくくなる。

【0015】

上記発明において前記フィルタ部は、前記先端部の外周面が前記大気連通孔の内周面に接触するとともに、後端部の外周面が前記大気連通孔に対して前記保護部の前記筒状部を介して離間するとともに、前記フィルタ部の後端が前記溝部の底面よりも後端側に突出し、前記フィルタは、前記フィルタ部の後端に設けられており、前記筒状部には、前記軸線方向において、前記フィルタと開口領域とが重なる側面孔が設けられていることが好ましい。

【0016】

このようにフィルタをフィルタ部の後端に設け、このフィルタ部の後端を溝部の底面よりも後端側に突出させるとともに、フィルタ部の後端部と重なった保護部の筒状部に、フィルタと開口領域が重なる側面孔を設けることにより、後端側空間に水が溜まりにくくなる。つまり、フィルタを溝部の底面よりも後端側に突出させることにより、後端側空間も底面よりも後端側に突出して配置される。さらに、蓋部の開口から後端側空間に侵入した水は、側面孔を介して後端側空間から溝部に流出する。側面孔は開口領域がフィルタと重なっているため、フィルタの後端向き面の上に侵入した水が残ることもない。そのため、後端側空間に侵入した水によってフィルタにおける通気が阻害されにくくなる。

【0017】

上記発明において前記筒状部には、前記外筒の内部および外部との間の大気の流通を可能とする側面孔が設けられていると共に、前記フィルタ部は、前記先端部の外周面が前記大気導入孔の内周面に接触するとともに、後端部の外周面が前記大気連通孔に対して前記保護部の前記筒状部を介して離間しており、さらに前記筒状部と、前記フィルタ部の前記後端部とが離間し、前記側面孔によって外部と連通するとともに、前記後端側空間とも連通する側方空間が形成されていることが好ましい。

【0018】

このように筒状部およびフィルタ部の後端部の間に後端側空間と連通する側方空間を形成し、筒状部に形成された側面孔を介して側方空間へ大気の流通を可能とすることにより、フィルタにおける通気をより容易にすることができる。

【0019】

つまり、後端側空間と連通する側方空間が設けられることにより、フィルタと接する空間が広くなり、さらに、当該空間は蓋部の開口の他に側面孔を介して大気が流通可能とされているため、フィルタにおける通気が安定しやすくなる。また、後端側空間に侵入した水は、後端側空間から側方空間に移動しやすいため、フィルタにおける通気が水によって阻害されにくい。

【発明の効果】

【0020】

本発明のガスセンサによれば、フィルタ部の破損をより容易に防ぐことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの全体構成を説明する断面視図である。

【図2】図１のガスセンサにおけるシール部材の周辺構成を説明する部分拡大図である。

【図3】シール部材における後端向き面の構成を説明する斜視図である。

【図4】シール加締部によって加締められる前のシール部材の形状を説明する部分拡大図である。

【図5】フィルタ部およびカバーの構成を説明する分解図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係るガスセンサのフィルタ部およびカバーの周辺構成を説明する部分拡大図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係るガスセンサのシール部材の周辺構成を説明する部分拡大図である。

【図8】図７のシール部材の構成を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ１ついて図１から図５を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の全体構成を説明する断面視図である。

【0023】

本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路に締結され、排気流路の内部にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、主体金具６０に対してプロテクタ８０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。

【0024】

本実施形態のガスセンサ１は、後述するガス検出素子１０を加熱するためのヒータ２０を備えたセンサであり、ヒータ２０の熱によってガス検出素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。

【0025】

ガスセンサ１には、図１に示すように、ガス検出素子（検出素子）１０と、ヒータ２０と、セパレータ３０と、シール部材（栓部材）４０と、複数の端子金具５０と、リード線５５と、それらの周囲を覆う主体金具６０、プロテクタ８０、及び外筒９０等が、主に備えられている。

【0026】

ガス検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成され、先端側の端部（図１の下側の端部）が閉塞された固体電解質からなる素子本体１１を有している。素子本体１１の中央部の外周には、径方向外向きに突出する鍔部１４が周方向にわたって設けられている。さらに、素子本体１１の外側面、内側面にそれぞれ図示しない検知電極、基準電極が設けられている。

【0027】

素子本体１１を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものである。この固体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体に、さらにＨｆＯ₂が含有された固体電解質を使用しても良い。

【0028】

ヒータ２０は、図１に示すように、ガス検出素子１０の内部に配置されて素子本体１１の加熱を行う長尺の加熱手段であり、その先端側内部には、発熱体が埋設されており、ヒータ２０の先端部は、電力が供給されることにより熱を発生する発熱領域となっている。

【0029】

主体金具６０は、図１に示すように、ステンレス合金（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０）から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具６０には、ガス検出素子１０の鍔部１４を支持する段部６１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。

【0030】

主体金具６０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関の排気流路（図示せず。）に取付けるネジ部６２と、ネジ部６２を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部６３と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部６２と六角部６３との間には、環状のガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ガスセンサ１と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。

【0031】

主体金具６０におけるネジ部６２よりも先端側には、後述するプロテクタ８０が係合される先端係合部６５が形成されている。先端係合部６５は、ネジ部６２よりも外周面の径が小さく形成された部分である。また、主体金具６０における六角部６３よりも後端側には、六角部６３から後端側に向かって順に、外筒９０と係合される後端係合部６６と、ガス検出素子１０を加締め固定する加締固定部６７と、が形成されている。

【0032】

主体金具６０の内部には、段部６１から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン７１、アルミナからなる筒状の支持部材７２、金属製の後端側パッキン７３、滑石の粉末からなる充填部材７４、アルミナ製のスリーブ７５、および、環状のリング７６が配置されている。支持部材７２の内周面には段部が形成されており、当該段部により素子本体１１の鍔部１４が支持されている。なお、支持部材７２と鍔部１４との間に後端側パッキン７３が挟まれて配置されている。

【0033】

リング７６は、スリーブ７５と加締固定部６７との間に配置されるものであり、加締固定部６７が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材７４、後端側パッキン７３、支持部材７２、先端側パッキン７１に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材７４は軸線Ｏ方向に圧縮充填され、かつ、主体金具６０の内周面およびガス検出素子１０の外周面との隙間を気密に埋める。

【0034】

プロテクタ８０は、ガスセンサ１が排気流路に取り付けられた際に、流路内に突出するガス検出素子１０を、流路内を流れる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８０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガス検出素子１０の先端を覆う保護部材である。プロテクタ８０は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ８０の後端縁は、主体金具６０の先端係合部６５に溶接によって固定されている。

【0035】

プロテクタ８０には、有底筒状に形成され開放された側の周縁部が先端係合部６５に嵌め合わされる外側プロテクタ８１と、外側プロテクタ８１の内部に固定された有底筒状に形成された内側プロテクタ８２と、が設けられている。言い換えると、プロテクタ８０は、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２からなる２重構造を有している。

【0036】

外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の円筒面には、内部にガスを導入する導入口８３が設けられている。さらに、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の底面には、内部に入り込んだ水滴や、ガスを排出する外側排出口８４、内側排出口８５がそれぞれ設けられている。

【0037】

外筒９０は、主体金具６０とは異なるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４Ｌ）から形成された部材であり、外筒９０の内部に主体金具６０の後端係合部６６が差し込まれて、主体金具６０に固定されるものである。外筒９０の内部には、主体金具６０の後端から突出したガス検出素子１０の後端や、セパレータ３０や、シール部材４０が配置されている。

【0038】

複数の端子金具５０には、第１センサ端子金具５１、第２センサ端子金具５２、第１ヒータ端子金具および第２ヒータ端子金具（図示せず）が含まれる。複数の端子金具５０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された金具である。

【0039】

第１センサ端子金具５１は、ガス検出素子１０の内側電極（図示せず）と電気的に接触し、第２センサ端子金具５２と共に、ガス検出素子１０の検出信号を外部に出力するものである。また、第１センサ端子金具５１は、ヒータ２０を把持するとともに、ヒータ２０の発熱領域を、ガス検出素子１０の内面に押し付けるものである。その一方で、第２センサ端子金具５２は、素子本体１１の外側電極（図示せず）と電気的に接続されるものである。また、第１ヒータ端子金具および第２ヒータ端子金具は、ヒータ２０に電気的に接続している。

【0040】

複数の端子金具５０には、それぞれ、リード線５５の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図１では、４本のリード線５５のうち３本のリード線５５が図示されている。

【0041】

セパレータ３０は、図１に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０には、複数の端子金具５０などを収納する収容部３１が設けられている。収容部３１は、セパレータ３０を軸線Ｏ方向に貫通して形成された貫通孔であり、セパレータ３０よりも先端側の空間と、後端側の空間との間で大気の流通を可能とするものである。

【0042】

さらに、セパレータ３０の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部３２が設けられている。セパレータ３０におけるフランジ部３２よりも先端側の外周面には、略円筒状に形成された保持金具３３が、内部にセパレータ３０が挿入されるように配置されている。この保持金具３３は、後述する外筒９０を加締めることで、セパレータ３０と外筒９０とで挟持される。

【0043】

シール部材４０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。シール部材４０は、図１および図２に示すように、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された、外筒９０の後端を塞ぐ部材である。

【0044】

シール部材４０は、セパレータ３０の後端側の面に当接するように外筒９０の後端側の開口に嵌め込まれ、外筒９０におけるシール部材４０の側面に対応する位置に形成されたシール加締部９１によって、外筒９０に固定されている。シール加締部９１は、外筒９０を径方向内側に向かって凹状に変形させた部分であり、外筒９０を周方向にわたって一周する溝状に形成された部分である。

【0045】

シール部材４０の径方向の中央には、軸線Ｏ方向に貫通する大気連通孔４１が形成されると共に、大気連通孔４１よりも径方向外側に軸線Ｏ方向に貫通する４つのリード線挿通孔４２が周方向に等間隔に形成されている。

【0046】

図３は、シール部材４０における後端向き面４０ａの構成を説明する、後端側の斜め後方から見た図であり、図３（ａ）はリード線挿通孔４２およびカバー４５を通る直線上から見た図であり、図３（ｂ）は、溝部４３およびカバー４５を通る直線上から見た図である。

【0047】

さらに、シール部材４０の後端向き面４０ａには、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、大気連通孔４１を起点にして、径方向外側に向かって延びる４つの溝部４３が設けられている。４つの溝部４３は、周方向に等間隔に形成されているとともに、リード線挿通孔４２と交互に並ぶように形成されている。溝部４３は、シール部材４０の先端側（図２の下側）に向かって凹む形状に形成されている。シール部材４０は、溝部４３の底面４３１がシール加締部９１よりも後端側に位置するように配置されている。

【0048】

大気連通孔４１は、図１および図２に示すように、シール部材４０により閉塞された外筒９０の内部に大気を導く貫通孔である。大気連通孔４１の内部には、フィルタ４４１および留め金具４４２から構成されるフィルタ部４４と、カバー（保護部）４５と、が挿入されている。

【0049】

大気連通孔４１は、シール部材４０がシール加締部９１によって径方向内側に向かって変形した際に、フィルタ部４４およびカバー４５を保持するようになっている。シール部材４０が変形する前は、図４に示すように、大気連通孔４１には、先端側（図４の下側）に直径が大きな大径部４１１が形成され、後端側（図４の上側）に直径が小さくなる小径部４１２が形成されている。大気連通孔４１における直径が変化する部分には、後述するカバー４５の突出部４５５が係り止めされる傾斜面である係止段４１３が形成されている。

【0050】

図５は、フィルタ部４４およびカバー４５の構成を説明する分解図であると共に、フィルタ部４４が大気連通孔４１に挿入される前のフィルタ４４１の形状を説明する図でもある。

【0051】

フィルタ部４４のフィルタ４４１は、図５に示すように、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マイクロメータ単位の網目構造を有する薄膜状のフィルタである。そのため、フィルタ４４１は、水滴等の透過を許さず、大気の通過は許容するものである。

【0052】

留め金具４４２は、内部を大気が流通可能な筒状に形成された金属製の部材であり、フィルタ４４１をシール部材４０に固定するものである。留め金具４４２の外周面は、大気連通孔４１の内周との間にフィルタ４４１を挟み、フィルタ４４１をシール部材４０に固定するものである。留め金具４４２の先端側（図５の下側）の端には、径方向外側に広がる鍔部４４３が設けられている。鍔部４４３は、シール部材４０の先端向き面と当接することにより、シール部材４０に対する留め金具４４２の配置位置を定めるものである。

【0053】

そのため、鍔部４４３の外周端の直径は、大気連通孔４１における大径部４１１の直径よりも大きく形成されている（図４参照）。また、留め金具４４２における軸線Ｏ方向の長さは、留め金具４４２がシール部材４０に配置された際に、留め金具４４２の後端側の端部が溝部４３の底面４３１よりも後端側に突出する長さであることが好ましいが、特に限定するものではなく、後端側に突出していなくてもよい。

【0054】

カバー４５は、大気連通孔４１におけるフィルタ部４４よりも後端側に配置され、フィルタ部４４を保護する金属製の部材である。カバー４５は、図５に示すように、筒状に形成された筒状部４５１と、筒状部４５１の後端側を閉塞する蓋部４５３と、筒状部４５１の先端側から径方向外側に広がる突出部４５５と、から主に構成されている。

【0055】

筒状部４５１は、内部にフィルタ部４４が配置されるものであり、軸線Ｏ方向に延びるスリット状の貫通孔である複数の側面孔４５２が、周方向に等間隔に設けられているものである。さらに、図２に示すように、筒状部４５１は、その内周面と、フィルタ部４４の外周面（より具体的にはフィルタ４４１の外周面）と、の間に側方空間４０２が形成される直径に形成されている。

【0056】

側方空間４０２は側面孔４５２を介して大気が流通可能な空間である。そのため、側面孔４５２は、カバー４５がシール部材４０に配置された際に、側面孔４５２の上端が溝部４３の底面４３１よりも後端側に位置するように形成されている。また、側面孔４５２は、その開口領域と、フィルタ４４１における後端向き面（言い換えると、留め金具４４２の後端の開口を覆う部分）と、が重なるように形成されている。

【0057】

蓋部４５３は、筒状部４５１とともに内部に配置されたフィルタ４４１を保護し、その破損を防止するものである。蓋部４５３には、大気連通孔４１よりも径が小さな貫通孔である複数の開口４５４が設けられているものである。蓋部４５３とフィルタ部４４（より具体的にはフィルタ４４１の後端）とは離間し、開口４５４を介して大気が流通可能な後端側空間４０１が設けられている。また、後端側空間４０１は、側方空間４０２と連通している。

【0058】

突出部４５５は、シール部材４０の係止段４１３などと共に、カバー４５をシール部材４０に係り止めする際に用いられるものであり、シール部材４０に対するカバー４５の配置位置を定めるものでもある。突出部４５５は、筒状部４５１における先端側の端部から径方向外側に延びる鍔状に形成された部材であり、カバー４５が大気連通孔４１の内部に挿入された際に係止段４１３と当接するものである。このとき、カバー４５の蓋部４５３は、溝部４３の底面４３１よりも後端側に突出して配置されるようになっている。

【0059】

また、突出部４５５は、シール加締部９１によってシール部材４０が径方向内側に向かって変形した際に、径方向内側に突出した大気連通孔４１の大径部４１１と、係止段４１３との間に挟み込まれ、軸線Ｏ方向へ移動しないように保持される。

【0060】

次に、上記の構成からなるガスセンサ１の組み立て方法について説明する。なお、本実施形態のガスセンサ１における特徴である、フィルタ部４４およびカバー４５の取付け以外については、従来のガスセンサの組み立て方法と同様であるため、その説明を省略する。

【0061】

図４および図５に示すように、シール部材４０の大気連通孔４１には、まず、カバー４５が取付けられる。カバー４５は、蓋部４５３を先にして大気連通孔４１の先端側から、突出部４５５が係止段４１３に当接するまで挿入される。

【0062】

次に、大気連通孔４１の先端側の開口を覆うようにフィルタ４４１が配置され、留め金具４４２がフィルタ４４１とともに大気連通孔４１に内部に挿入される。留め金具４４２は鍔部４４３がシール部材４０の先端向き面に当接するまで挿入される。この段階で、留め金具４４２の後端は、カバー４５の内部に位置している。また、大気連通孔４１における大径部４１１の内周面と、フィルタ４４１とは接触していない。

【0063】

その後、ガスセンサ１の通常の組み立て工程が行われ、図１および図２に示すように、外筒９０におけるシール部材４０に対応する位置にシール加締部９１が形成される。シール加締部９１は、シール部材４０を径方向内側に向かって押しこみ、大気連通孔４１の大径部４１１をフィルタ部４４（フィルタ４４１および留め金具４４２）に密着させる。これにより、大気連通孔４１とフィルタ部４４との間の気密が図られ、大気はフィルタ部４４を流通するようになる。

【0064】

上記の構成のガスセンサ１によれば、大気連通孔４１の内部に配置されたフィルタ部４４よりも更に後端側にカバー４５を配置することにより、カバー４５によってフィルタ４４１が外部に露出することがなく、フィルタ４４１の破損が抑制される。さらに、シール部材４０に、大気連通孔４１の先端側の開口からカバー４５を後端側に向けて挿入し、その後、同じく先端側の開口からフィルタ部４４を挿入することにより、フィルタ部４４の後端側にカバー４５が配置されるため、フィルタ部４４を大気連通孔４１内に配置した後に、カバー４５をシール部材４０ごと覆うように配置する場合と比較して、フィルタ部４４をカバー４５で傷つけるおそれがない。さらに、配置されたフィルタ部４４が露出している期間が殆どないため、言い換えると、フィルタ部４４を配置すると同時にカバー４５に覆われるため、ガスセンサ１の製造過程でフィルタ部４４が破損する可能性が低くなる。

【0065】

また、カバー４５の突出部４５５が大気連通孔４１の内周面（係止段４１３）と係り止めされるため、大気連通孔４１の内部に配置されたカバー４５が、大気連通孔４１から抜け落ちるおそれがない。

【0066】

フィルタ部４４のフィルタ４４１と、カバー４５の蓋部４５３との間には、カバー４５の蓋部４５３に設けられた開口４５４を介して大気が流入する後端側空間４０１が設けられているため、フィルタ４４１と蓋部４５３が直接に接触しない。言い換えると、フィルタ４４１と蓋部４５３とが直接に接触することで、大気連通孔４１よりも小さい開口を有する蓋部４５３によってフィルタ部４４における通気量が減少するおそれがない。

【0067】

また、フィルタ４１１をフィルタ部４４の後端に設け、このフィルタ部４４の後端を溝部４３の底面４３１よりも後端側に突出させるとともに、フィルタ部４４の後端部と重なったカバー４５の筒状部４５１に、フィルタ４４１における留め金具４４２の後端の開口を覆う部分と、開口領域とが重なる側面孔４５２を設けることにより、後端側空間４０１に水が溜まりにくくなる。

【0068】

つまり、フィルタ４４１を溝部４３の底面４３１よりも後端側に突出させることにより、後端側空間４０１も底面４３１よりも後端側に突出して配置される。さらに、蓋部４５３の開口４５４から後端側空間４０１に侵入した水は、側面孔４５２を介して後端側空間４０１から溝部４３に流出する。側面孔４５２は開口領域がフィルタ４４１における留め金具４４２の後端の開口を覆う部分と重なっているため、フィルタ４４１の後端向き面の上に侵入した水が残ることもない。そのため、後端側空間４０１に侵入した水によってフィルタ４４１における通気が阻害されにくくなる。

【0069】

さらに、筒状部４５１およびフィルタ部４４の間に後端側空間４０１と連通する側方空間４０２を形成し、筒状部４５１に形成された側面孔４５２を介して側方空間４０２へ大気の流通を可能とすることにより、フィルタ４４１における通気をより容易にすることができる。

【0070】

つまり、後端側空間４０１と連通する側方空間４０２が設けられることにより、フィルタ４４１と接する空間が広くなり、さらに、当該空間は蓋部４５３の開口４５４の他に側面孔４５２を介して大気が流通可能とされているため、フィルタ４４１における通気が安定しやすくなる。また、後端側空間４０１に侵入した水は、後端側空間４０１から側方空間４０２に移動しやすいため、フィルタ４４１における通気が水によって阻害されにくい。

【0071】

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照しながら説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、フィルタ部およびカバーの間に形成される空間の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６を用いてフィルタ部およびカバーの周辺構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成の説明を省略する。

【0072】

本実施形態のガスセンサ１００１におけるシール部材４０の大気連通孔４１には、図６に示すように、フィルタ４４１および留め金具４４２から構成されるフィルタ部４４と、カバー（保護部）１０４５と、が挿入されている。

【0073】

カバー１０４５の筒状部１４５１は、第１の実施形態の筒状部４５１と比較して、内部に配置されるフィルタ部４４との間に間隔が形成されない点が異なっている。そのため、フィルタ部４４およびカバー１０４５の間には、後端側空間４０１のみが形成される。その他の構成要素については、第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0074】

上記の構成からなるガスセンサ１００１の組み立て方法は、第１の実施形態における組み立て方法と同様であるため、その説明を省略する。
上記の構成によれば、開口４５４から後端側空間４０１に浸入した水分は、ほぼ全てが側面孔４５２から溝部４３へ流出する。例えば、第１の実施形態のように側方空間４０２が形成されていると、側方空間４０２における、溝部４３の底面４３１よりも先端側（図６の下側）の部分に水分が溜まるおそれがある。これに対して本実施形態では、フィルタ部４４およびカバー１０４５の間の空間に水分が残るおそれが少なくなる。

【0075】

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図７および図８を参照しながら説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、シール部材の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７および図８を用いてシール部材の構成について説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成の説明を省略する。

【0076】

本実施形態のガスセンサ２００１におけるシール部材２０４０は、図７および図８に示すように、第１の実施形態のシール部材４０と比較して、溝部４３が設けられていない点が異なっている。

【0077】

シール部材２０４０は、第１の実施形態のシール部材４０と同様に、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された、外筒９０の後端を塞ぐ部材である。シール部材２０４０の大気連通孔４１には、大径部４１１と、小径部４１２と、小径部４１２よりも更に後端側（図７の上側）に形成された後端部２０４３と、が設けられている。

【0078】

後端部２０４３は、カバー４５の筒状部４５１よりも直径が大きく形成された部分であり、シール部材２０４０における後端向き面に開口するものである。さらに後端部２０４３は、シール部材２０４０に配置されたカバー４５の蓋部４５３が後端部２０４３の内部に収まるように、軸線Ｏ方向の高さが設定されている。

【0079】

上記の構成からなるガスセンサ２００１の組み立て方法は、第１の実施形態における組み立て方法と同様であるため、その説明を省略する。
上記の構成によれば、フィルタ部４４およびカバー１０４５が、シール部材２０４０の内部、より詳しくは大気連通孔４１の内部に配置されるため、フィルタ部４４のフィルタ４４１が異物によって、さらに破損しにくくなる。つまり、第１および第２の実施形態と比較して、カバー１０４５もシール部材２０４０の内部に配置されるため、カバー１０４５が外部の物体と干渉してシール部材２０４０から脱落しにくくなる。その結果として、フィルタ部４４が外部に露出し、フィルタ４４１が破損する可能性がさらに低くなる。

【符号の説明】

【0080】

１，１００１，２００１…ガスセンサ、１０…ガス検出素子（検出素子）、４０，２０４０…シール部材（栓部材）、４１…大気連通孔、４３…溝部、４３１…底面、４４…フィルタ部、４４１…フィルタ、４５，１０４５…カバー（保護部）、４５１，１４５１…筒状部、４５２…側面孔、４５３…蓋部、４５４…開口、４５５…突出部、６０…主体金具、９０…外筒、４０１…後端側空間、４０２…側方空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】