特許 5946726 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】5946726

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20160623BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-190351(P2012-190351)

(22)【出願日】2012年8月30日

(65)【公開番号】特開2014-48111(P2014-48111A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2014年11月5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】100104178

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 尚

(72)【発明者】

【氏名】大場 健弘

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００３６９２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２８５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１７−２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延び、特定ガスの濃度を検出するための検出素子と、
前記検出素子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
前記主体金具の後端側に取り付けられた筒状の外筒と、
絶縁セラミックからなる円筒状に形成され、前記外筒内に配置されて、自身の内部に前記検出素子との電気的な接続を行う複数の端子金具を収容するセパレータと、
前記外筒と前記セパレータとの間隙に配置され、自身の内部に前記セパレータを保持する筒状の保持部材であって、前記セパレータの外側面を取り囲む筒状の周壁部と、前記周壁部の後端から径方向内向きに延びると共に、前記セパレータを支持する支持部と、前記周壁部よりも径方向内側且つ前記支持部よりも先端側に配置され、前記セパレータの前記外側面に当接し、前記セパレータを前記周壁部内で弾性的に把持する板状の把持部と、を有する保持部材と、
を備えるガスセンサにおいて、
前記保持部材は、前記周壁部よりも径方向内側で、且つ軸線方向における前記支持部と前記把持部との間の位置に配置され、前記セパレータの前記外側面との間に間隙を有した状態で軸線方向に沿って延びると共に、前記保持部材を軸線方向に沿って見たときに、軸線を中心に周方向に三等分したそれぞれの領域に少なくとも１つずつ配置される板状の案内部を有することを特徴とするガスセンサ。

【請求項2】

前記保持部材の前記案内部の軸線方向長さをＬとし、前記径方向における前記案内部と前記セパレータの前記外側面との間隙の大きさをＧとした場合に、Ｌ≧４Ｇを満たすことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記保持部材の前記案内部は、前記支持部と前記把持部とを連結しつつ、前記把持部と一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記保持部材の前記案内部は、前記支持部の径方向内側の端部に連結すると共に、
前記把持部は、前記周壁部から径方向内向きに延び、前記案内部とは別体に形成されていることを特徴とする請求項１または２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、検出対象ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するための検出素子を備えるガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車エンジンなどの内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス中の特定ガス（例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素）の濃度に応じて出力が変化する検出素子を備えたガスセンサが知られている。検出素子は、固体電解質体に一対の電極を設けたセルを少なくとも１つ以上有する構成をなし、特定ガスの濃度に応じてセルから出力される出力信号に基づき特定ガスの濃度を測定する。

【0003】

検出素子は、ガスセンサを排気管に取り付けるための主体金具に径方向周囲を取り囲まれて保持される。また、検出素子の後端部側は主体金具よりも後方に突出され、主体金具の後端側に取り付けられる外筒によって取り囲まれる。検出素子の後端部には、出力を取り出すための複数の電極パッドが設けられる。複数の電極パッドのそれぞれには、検出素子と外部回路とを電気的に接続する複数のリード線のそれぞれに設けられた端子金具が接続される。外筒内にはさらに、絶縁セラミックからなるセパレータが配置される。端子金具はセパレータの内部に収容され、互いに非接触の状態に維持される。

【0004】

ガスセンサの組み立てにおいて、セパレータは保持部材の後端側から周壁部内に挿入され、外側面が周壁部に取り囲まれる。保持部材は、周壁部内に、径方向内向きに突出する複数のバネ片を備える。セパレータは周壁部内でバネ片によって弾性的に保持され、その状態で保持部材ごと外筒内に配置される。外筒の外周が加締められることによって保持部材が外筒内で位置決めされ、セパレータが外筒内に保持される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２８５７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、バネ片を保持部材の周壁部に設けることによって、セパレータの軸位置を周壁部の中央に求心させる効果は得られるが、軸そのものの傾きを補正する効果は得られにくい。また、バネ片はセパレータの弾性保持のため、撓みが許容される。ゆえにガスセンサの組み立て時において、セパレータが保持部材に対して軸を傾けた状態で周壁部内に挿入されると、一部のバネ片が撓むことによって、セパレータが傾いた状態のまま保持部材に保持される場合がある。その状態で保持部材が外筒に加締められてセパレータが外筒内で位置決めされると、セパレータ内に収容する端子金具やリード線が検出素子に対して斜めに傾いたまま位置決めされ、検出素子との電気的な接続の信頼性が低下する虞があった。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、保持部材に対するセパレータの軸ずれを防止して検出素子と端子金具の電気的接続の信頼性を確保する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】

【0008】

本発明の実施態様によれば、軸線方向に延び、特定ガスの濃度を検出するための検出素子と、前記検出素子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、前記主体金具の後端側に取り付けられた筒状の外筒と、絶縁セラミックからなる円筒状に形成され、前記外筒内に配置されて、自身の内部に前記検出素子との電気的な接続を行う複数の端子金具を収容するセパレータと、前記外筒と前記セパレータとの間隙に配置され、自身の内部に前記セパレータを保持する筒状の保持部材であって、前記セパレータの外側面を取り囲む筒状の周壁部と、前記周壁部の後端から径方向内向きに延びると共に、前記セパレータを支持する支持部と、前記周壁部よりも径方向内側且つ前記支持部よりも先端側に配置され、前記セパレータの前記外側面に当接し、前記セパレータを前記周壁部内で弾性的に把持する板状の把持部と、を有する保持部材と、を備えるガスセンサにおいて、前記保持部材は、前記周壁部よりも径方向内側で、且つ軸線方向における前記支持部と前記把持部との間の位置に配置され、前記セパレータの前記外側面との間に間隙を有した状態で軸線方向に沿って延びると共に、前記保持部材を軸線方向に沿って見たときに、軸線を中心に周方向に三等分したそれぞれの領域に少なくとも１つずつ配置される板状の案内部を有するガスセンサが提供される。

【0009】

ガスセンサの製造過程でセパレータを保持部材内に配置する際にセパレータが軸線に対して傾いた状態で保持部材内に挿入された場合、軸線方向に延びる案内部にセパレータの外側面が当接する。しかしながら、セパレータが保持部材内に配置された際に、案内部とセパレータの外側面との間に間隙が設けられているため、セパレータが案内部に案内（挿入）されるにつれて、セパレータが保持部材内にて径方向に移動することができる。このため、セパレータは軸の傾きが保持部材の軸に沿うように矯正される。ゆえに、セパレータに収容する複数の端子金具を検出素子の電極に接触させて電気的な接続を行う際に、各端子金具と各電極との接触状態が偏ることなく均一になされるので、検出素子と端子金具の電気的接続の信頼性を確保することができる。

【0010】

また、案内部によってセパレータの軸の傾きを矯正できるので、ガスセンサの製造過程において治具を用いて軸が傾かないようにセパレータを保持しながら、そのセパレータを保持部材に保持させなくとも済む。たとえば保持部材へのセパレータの保持を手作業で行ったとしても、セパレータと保持部材とを、軸ずれすることなく容易に組み立てることができる。この場合、手順が簡易であり、治具も不要であるので、低コスト化を図ることができる。

【0011】

本実施態様のガスセンサにおいて、前記保持部材の前記案内部の軸線方向長さをＬとし、前記径方向における前記案内部と前記セパレータの前記外側面との間隙の大きさをＧとした場合に、Ｌ≧４Ｇを満たしてもよい。案内部の軸線方向長さＬが間隙の大きさＧの４倍以上であれば、案内部とセパレータの外側面との間隙の長さを十分に長く確保できる。ゆえに、セパレータの先端側が把持部に到達するまでに、セパレータは十分に径方向の移動を行うことができ、セパレータの傾きを確実に矯正することができる。

【0012】

本実施態様のガスセンサにおいて、前記保持部材の前記案内部は、前記支持部と前記把持部とを連結しつつ、前記把持部と一体に形成されていてもよい。把持部と案内部を一体に形成するので、形成が容易で生産コストを低減できる。

【0013】

本実施態様のガスセンサにおいて、前記保持部材の前記案内部は、前記支持部の径方向内側の端部に連結すると共に、前記把持部は、前記周壁部から径方向内向きに延び、前記案内部とは別体に形成されていてもよい。把持部と案内部を別体に形成するので、ガスセンサの製造過程において加締めによって周壁部が径方向内向きに応力を受けて変形し、周壁部から延びる把持部がその加締めの影響を受けた場合であっても、案内部は影響を受けにくく、保持部材内でのセパレータの姿勢を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ガスセンサ１の縦断面図である。

【図2】保持部材７０を側方から見た部分断面図である。

【図3】保持部材７０を軸線Ｐ方向後端側から見た図である。

【図4】保持部材１７０を側方から見た部分断面図である。

【図5】保持部材２７０を側方から見た部分断面図である。

【図6】間隙Ｇに対する長さＬの比率と軸ずれの大きさとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を具体化したガスセンサの実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ１の構造について、図１を参照して説明する。図１において、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向（一点鎖線で示す）を上下方向として図示し、内部に保持する検出素子１０の先端部１１側をガスセンサ１の先端（前方）側、後端部１２側をガスセンサ１の後端（後方）側として説明する。

【0016】

図１に例示するガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられるものである。ガスセンサ１は、内部に保持する検出素子１０の先端部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素の有無を検出する、いわゆるλ型の酸素センサである。ガスセンサ１は、主に、検出素子１０、主体金具５０、プロテクタ３０、セパレータ６０、保持部材７０、栓部材９０、外筒８０を備える。

【0017】

まず、検出素子１０について説明する。検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる細幅で板状形状（短冊状）の素子である。なお図１は、紙面左右方向を検出素子１０の厚み方向、紙面表裏方向を検出素子１０の幅方向として図示する。検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる板状形状に形成された素子部１８と、同じく軸線Ｏ方向に延びる板状形状に形成されたヒータ部１９とが積層されて形成される。

【0018】

素子部１８は、板状の固体電解質体の両面に、固体電解質体を挟むように一対の多孔質電極を配置させた公知の検知部（図示外）を有する。固体電解質体は、イットリアまたはカルシアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極はＰｔを主体に形成される。検知電極および基準電極は、検出素子１０の後端部１２の外表面に配置される４つの電極パッド１３（図１ではそのうちの２つを示す）のうちのそれぞれ一つに接続される。

【0019】

ヒータ部１９は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターン（図示外）が挟み込まれて形成される。発熱抵抗体パターンも、両端が、電極パッド１３のうちのそれぞれ一つに接続される。また、検出素子１０は、排ガスに晒される検知電極の表面を含む先端部１１全面が保護層９に覆われる。

【0020】

次に、主体金具５０は、排気管に固定するためのネジ部５１が外表面に形成された金属製の筒状体であり、軸線Ｏ方向に貫通する筒孔５９を有する。筒孔５９内の先端側には、径方向内側に突出する後方向きのテーパ面として形成された棚部５７が設けられる。主体金具５０は、筒孔５９に挿通された検出素子１０の径方向周囲を取り囲んで保持するよう構成される。詳細に、検出素子１０は、素子部１８の検知部（図示外）が設けられた先端部１１が筒孔５９の先端から突出され、電極パッド１３が設けられた後端部１２が筒孔５９の後端から突出された状態で、主体金具５０内に固定される。

【0021】

主体金具５０の筒孔５９の内部には、検出素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、金属ホルダ５５、セラミックホルダ５６、充填層５３、５８、スリーブ２０が、この順に、ガスセンサ１の先端側から後端側に向けて積層される。金属ホルダ５５は有底筒状に形成され、筒底の縁部分が主体金具５０の棚部５７に配置されており、筒孔５９内で位置決めされる。金属ホルダ５５の筒底には空孔が設けられており、その孔に、検出素子１０が挿通される。セラミックホルダ５６は環状に形成され、環内に検出素子１０を挿通させた状態で、金属ホルダ５５内の筒底に配置される。また、金属ホルダ５５の開口側には、滑石粉末からなる充填層５３の一部が圧縮状態で充填される。充填層５３によって検出素子１０は金属ホルダ５５内で固定されるとともに、金属ホルダ５５の内面と検出素子１０の外面との間の気密性が確保される。

【0022】

充填層５８は、筒孔５９内で金属ホルダ５５よりも後端側に圧縮状態に充填される。これにより、検出素子１０は主体金具５０内で固定されるとともに、筒孔５９の内面と検出素子１０の外面との間の気密性が確保される。充填層５８の後端側に配置されるスリーブ２０は、検出素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置されるセラミック製の筒状体である。スリーブ２０と主体金具５０の後端部５４との間には、加締リング２１が配置される。主体金具５０の後端部５４は、加締リング２１を介してスリーブ２０をガスセンサ１の先端側に押し付けるように、加締められる。そして加締めによって、充填層５３、５８は、スリーブ２０と、棚部５７に係止された金属ホルダ５５内のセラミックホルダ５６との間で圧縮される。

【0023】

スリーブ２０には、軸線Ｏ方向に沿って後端側に向かう一対（図１ではそのうちの１つを示す）のガイド部２３が、筒状部分の後端から突設される。各ガイド部２３の内側面には、検出素子１０が挿通される溝２５が設けられる。溝２５は、スリーブ２０の筒状部分の孔の内周に連続して形成されており、検出素子１０の幅方向（図１の紙面表裏方向）の両端を案内する。なお、スリーブ２０が主体金具５０に収容された状態において、検出素子１０の後端部１２に設けられた４つの電極パッド１３は、一対のガイド部２３の間から露出される。

【0024】

また、主体金具５０の先端側外周には、有底筒状の二重のプロテクタ３０（外部プロテクタ３１および内部プロテクタ３６）が溶接等によって取り付けられる。外部プロテクタ３１および内部プロテクタ３６は、それぞれ複数の孔部を有する金属（例えば、ステンレスなど）から形成され、検出素子１０の先端部１１に設けられた検出部（図示外）を覆って保護する。

【0025】

次に、セパレータ６０は、円筒形状を有するアルミナ製の筒体である。セパレータ６０は、軸線Ｏ方向の先端側にスリーブ２０のガイド部２３ごと検出素子１０の後端部１２を収容する第一収容部６１を有する。第一収容部６１はセパレータ６０の前向き面に開口する。第一収容部６１は、軸線Ｏ方向の後端側において４つに分けて設けられた第二収容部６５にそれぞれ接続される。各第二収容部６５は、セパレータ６０の後向き面にそれぞれ開口する。すなわち、セパレータ６０は、第一収容部６１、第二収容部６５を介して軸線Ｏ方向に貫通する。また、セパレータ６０は、外側面６２の後端側に、径方向外向きに突出する鍔部６３が形成される。

【0026】

セパレータ６０は、検出素子１０の電極パッド１３との電気的な接続を行う４つの端子金具４０（図１ではそのうちの２つを示す）を収容する。各端子金具４０の先端部は第一収容部６１内で互いに非接触となるように配置され、それぞれ各電極パッド１３に接触する。各端子金具４０の後端部はそれぞれ個々の第二収容部６５に収容され、互いが絶縁される。また、第二収容部６５内で、各端子金具４０の後端部は、ガスセンサ１から引き出され、外部機器（図示外）との接続を担う４本のリード線６６の芯線にそれぞれ接続される。

【0027】

セパレータ６０は、外側面６２が筒状の保持部材７０に取り囲まれて保持される。保持部材７０は、筒状に形成される金属製の部材である。保持部材７０は外筒８０に固定され、外筒８０内で位置決めされる。これにより、保持部材７０に保持されるセパレータ６０も、外筒８０内で位置決めされる。なお、保持部材７０の構造の詳細については後述する。

【0028】

外筒８０は、金属製で筒状に形成され、先端部が、主体金具５０の後端側（図１における上側）の外周にレーザ溶接などにより接合され、固定される。外筒８０の後端部は外径が細められており、後端側の開口にフッ素系ゴム製の栓部材９０が嵌め込まれる。栓部材９０は外筒８０の後端部の加締めによって外筒８０に固定されるとともに、後端側の開口を閉塞する。栓部材９０には、セパレータ６０の第二収容部６５から引き出された４本のリード線６６を外部に取り出すための４つの挿通孔９１（図１ではそのうちの２つを示す）が形成されている。

【0029】

セパレータ６０は、後向き面が栓部材９０の前向き面に当接し、鍔部６３が、後述する保持部材７０の支持部７２（図２参照）に当接する。この状態で、外筒８０の外周が加締められることにより、保持部材７０が外筒８０内で位置決めされて固定される。よってセパレータ６０も、鍔部６３から後向き面にかけての部分が、保持部材７０の支持部７２と栓部材９０の前向き面とで挟まれて、軸線Ｏ方向において外筒８０内に位置決めされる。また、後述する保持部材７０の把持部７３によってセパレータ６０の外側面６２が弾性的に把持され、セパレータ６０は、径方向においても外筒８０内に位置決めされる。

【0030】

次に、図２、図３を参照し、保持部材７０について説明する。なお、図２、図３に示す保持部材７０は、ガスセンサ１の組み立て過程において、保持部材７０内にセパレータ６０を挿入した形態のものである。便宜上、保持部材７０の軸線方向を一点鎖線Ｐで示す。また、説明の簡易化のため、セパレータ６０は輪郭線のみを二点鎖線で示す。図２では、ガスセンサ１に組み付けた場合の保持部材７０の先端側を紙面下側とし、後端側を紙面上側として説明する。

【0031】

図２、図３に示す、保持部材７０は、筒状に形成される金属製の部材である。保持部材７０は、ガスセンサ１の組み立て時に、セパレータ６０の外側面６２を取り囲む筒状の周壁部７１を有する。周壁部７１は、外径が、外筒８０（図１参照）の内径よりも若干小さく形成される。また、周壁部７１の高さ（軸線Ｐ方向の長さ）は、セパレータ６０の鍔部６３よりも軸線Ｏ方向先端側の部位の大きさと同程度となっている。

【0032】

周壁部７１の後端側の開口は、径方向内向きに折り返されている。この径方向内向きに延びる部分を支持部７２と称する。支持部７２はセパレータ６０を軸線Ｏ方向に支持する部位として機能する。より具体的に、ガスセンサ１を組み立てた場合、支持部７２はセパレータ６０の鍔部６３の前向き面に当接する。前述したように、支持部７２は栓部材９０の前向き面との間でセパレータ６０の鍔部６３から後向き面にかけての部分を挟み、セパレータ６０を軸線Ｏ方向に位置決めする。

【0033】

保持部材７０は、周壁部７１よりも径方向内側、且つ支持部７２よりも軸線Ｐ方向の先端側に、把持部７３を備える。把持部７３は板状をなし、周壁部７１の周方向において６カ所に設けられている。把持部７３は基端７７が後述する案内部７４の先端に接続し、先端７６が基端７７よりも径方向内側へ向けて突出する。把持部７３の先端７６は、保持部材７０にセパレータ６０を組み付ける前の状態において、セパレータ６０の組み付け後に外側面６２が配置される位置よりも径方向内側に位置する。なお、詳細については後述するが、把持部７３の基端７７は、セパレータ６０の組み付け後の外側面６２の位置よりも径方向外側に配置される。把持部７３は先端７６を基端７７に対して保持部材７０の径方向に撓ませることができ、径方向内向きに付勢力を生ずる。把持部７３は、保持部材７０にセパレータ６０を組み付けた場合に、先端７６が外側面６２に当接し、セパレータ６０を周壁部７１内で弾性的に把持する。

【0034】

保持部材７０は、さらに、周壁部７１よりも径方向内側で、且つ軸線Ｐ方向における支持部７２と把持部７３の間の位置に、案内部７４を備える。案内部７４は、保持部材７０にセパレータ６０を組み付ける上で、保持部材７０の軸線Ｐに対するセパレータ６０の軸の傾きを矯正するために設けられた部位である。案内部７４は軸線Ｐ方向に沿って延び、後端が支持部７２に接続する。案内部７４の先端は把持部７３の基端７７に接続する。案内部７４は周壁部７１の周方向の６カ所に設けられる。具体的に、図３に示すように、軸線Ｐを中心に、保持部材７０を周方向に三等分した領域をＡ、Ｂ、Ｃとする。案内部７４は、領域Ａ〜Ｃのそれぞれに２つずつ配置される。なお、案内部７４は、領域Ａ〜Ｃのそれぞれに少なくとも１つずつ配置されるように形成されると好ましい。

【0035】

図２に示すように、案内部７４は、上記のように軸線Ｐ方向における支持部７２と把持部７３の間の位置に配置される。保持部材７０にセパレータ６０を組み付けた場合、案内部７４は外側面６２との間に間隙Ｇを有する。言い換えると、図３に示すように、案内部７４は、セパレータ６０の組み付け後に外側面６２が配置される位置よりも、間隙Ｇの大きさ分、径方向外側に配置される。

【0036】

このような構造を有するガスセンサ１の製造過程では、セパレータ６０は、保持部材７０の後端側から周壁部７１内に挿入される際に、案内部７４によってセパレータ６０の軸の傾きが矯正された上で、把持部７３によって把持される。図１に示すように、セパレータ６０にはリード線６６に接続された端子金具４０が収容される。セパレータ６０を保持する保持部材７０は、栓部材９０とともに外筒８０内に配置される。保持部材７０の周壁部７１は、外径が、外筒８０の内径とほぼ同じ大きさとなっており、保持部材７０は、外筒８０内に配置された状態で、軸線Ｐが、ガスセンサ１の軸線Ｏとほぼ同軸となる。

【0037】

セパレータ６０に、栓部材９０の挿通孔９１を挿通するリード線６６に接続された端子金具４０が収容され、栓部材９０とともに、保持部材７０は、外筒８０内に配置される。外筒８０の外周が径方向内向きに加締められることによって、保持部材７０は外筒８０内に位置決めされて固定される。保持部材７０の周壁部７１は外筒８０の加締めによって外筒８０の内周面に密着した状態で変形する。これにより、保持部材７０は、外筒８０内での移動が規制される。保持部材７０の案内部７４および把持部７３は、支持部７２によって周壁部７１よりも径方向内側に配置されており、周壁部７１とは接していない。ゆえに周壁部７１が加締めによって変形しても案内部７４と把持部７３は変形しない。よって、案内部７４とセパレータ６０と間隙Ｇは維持される。同様に、周壁部７１が変形しても、把持部７３によるセパレータ６０の把持状態は維持される。

【0038】

端子金具４０を収容するセパレータ６０と保持部材７０を介して一体となった外筒８０は、検出素子１０を保持した主体金具５０の後端側からはめ込まれる。その際に、検出素子１０の後端部１２がセパレータ６０の第一収容部６１に収容され、検出素子１０の電極パッド１３と端子金具４０とが電気的に接続される。上記のように、保持部材７０の軸線Ｐに対する傾きが矯正された状態で保持部材７０に保持されるセパレータ６０は、保持部材７０の軸線Ｐがガスセンサ１の軸線Ｏとほぼ同軸となることから、同様に、軸線Ｏとほぼ同軸になる。よって、第一収容部６１に収容する４つの端子金具４０は、検出素子１０の４つの電極パッド１３に対し、片当たりすることなく略均一に接触し、電気的接続の安定性が確保される。ガスセンサ１は、上記のように主体金具５０にはめ込んだ外筒８０の先端部の外周を加締め、さらにレーザ溶接することで一体に接合し、完成する。

【0039】

以上説明したように、本実施形態のガスセンサ１は、製造過程でセパレータ６０を保持部材７０内に配置する際にセパレータ６０が軸線Ｐに対して傾いた状態で保持部材７０内に挿入された場合、軸線Ｐ方向に延びる案内部７４にセパレータ６０の外側面６２が当接する。しかしながら、セパレータ６０が保持部材７０内に配置された際に、案内部７４とセパレータ６０の外側面６２との間に間隙Ｇが設けられているため、セパレータ６０が案内部７４に案内（挿入）されるにつれて、セパレータ６０が保持部材７０内にて径方向に移動することができる。このためセパレータ６０は軸の傾きが保持部材７０の軸線Ｐに沿うように矯正される。ゆえに、セパレータ６０に収容する複数の端子金具４０を検出素子１０の電極パッド１３に接触させて電気的な接続を行う際に、各端子金具４０と各電極パッド１３との接触状態が偏ることなく均一になされるので、検出素子１０と端子金具４０の電気的接続の信頼性を確保することができる。

【0040】

また、案内部７４によってセパレータ６０の軸の傾きを矯正できるので、ガスセンサ１の製造過程において治具を用いて軸が傾かないようにセパレータ６０を保持しながら、そのセパレータ６０を保持部材７０に保持させなくとも済む。たとえば保持部材７０へのセパレータ６０の保持を手作業で行ったとしても、セパレータ６０と保持部材７０とを、軸ずれすることなく容易に組み立てることができる。この場合、手順が簡易であり、治具も不要であるので、低コスト化を図ることができる。

【0041】

また、図２に示すように、案内部７４の軸線Ｐ方向長さをＬとすると、長さＬと間隙Ｇとの関係が、Ｌ≧４Ｇを満たす。案内部７４の軸線Ｐ方向長さＬが間隙の大きさＧの４倍以上であれば、案内部７４とセパレータ６０の外側面６２との間隙Ｇの長さを十分に長く確保できる。ゆえに、セパレータ６０の先端側が把持部７３に到達するまでに、セパレータ６０は十分に径方向の移動を行うことができ、セパレータ６０の傾きを確実に矯正することができる。また、把持部７３と案内部７４を一体に形成するので、形成が容易で生産コストを低減できる。

【0042】

具体的には、セパレータ６０を保持部材７０の周壁部７１内に、軸合わせのための治具を用いずに（たとえば手で）挿入する場合、セパレータ６０の軸方向が保持部材７０の軸線Ｐ方向に沿わず、傾いた状態のまま、押し込まれることがある。後述する実施例１によると、Ｌ≧４Ｇであれば、挿入時にセパレータ６０が傾いていても、セパレータ６０の外側面６２が案内部７４を通過する際に案内部７４に当接することで、セパレータ６０の傾きが確実に矯正される。すなわち、セパレータ６０は、軸方向が、保持部材７０の軸線Ｐ方向に沿うように確実に矯正された状態で、把持部７３に押し込まれる。把持部７３によって外側面６２が把持されたセパレータ６０は、その軸が、保持部材７０の軸線Ｐにほぼ一致する。

【0043】

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、保持部材７０の案内部７４は周方向の６カ所に設けたが、３カ所以上に設ければよい。この場合に案内部７４は、軸線Ｐを中心に保持部材７０を周方向に三等分した領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）のそれぞれに、少なくとも１つずつ配置されればよい。支持部７２は周壁部７１の後端側の開口を径方向内向きに折り返し、周方向に一周して形成したが、案内部７４の形成位置にあわせて周方向に部分的に形成してもよい。また、案内部７４の後端を支持部７２に接続したが、案内部７４と支持部７２とは接続していなくともよい。例えば支持部７２とは独立に周壁部７１の後端側の開口から径方向内向きに延びる部位を形成し、その部位に、案内部７４を接続して、案内部７４が周壁部７１よりも径方向内側に配置されるようにしてもよい。また、案内部７４と把持部７３との接続部位の剛性が少なくとも案内部７４より低くなるように、例えばその接合部位の厚みを案内部７４の厚みより薄くなるようにしてもよい。

【0044】

また、図４に示す、保持部材１７０のように、案内部１７４と把持部１７３とが別体に形成されてもよい。本実施形態と同様、軸線Ｐに沿って板状に延びる案内部１７４は、周壁部１７１後端側開口を内向きに折り返した支持部１７２に接続する。把持部１７３は、周壁部１７１軸線Ｐ方向先端側の部位において矩形の後端側の一辺を基端１７７として残す切り欠きを形成し、切り欠きの先端側を先端１７６として径方向内向きに押し込んで形成される。把持部１７３は案内部１７４よりも軸線Ｐ方向先端側に位置し、把持部１７３の先端１７６は、案内部１７４よりも径方向内側に位置する。このような形態の保持部材１７０において、案内部１７４は、本実施形態と同様に、周壁部１７１の周方向に三等分した領域のそれぞれに、少なくとも１つずつ配置されればよい。把持部１７３は、周壁部１７１の周方向において案内部１７４と同じ位置に形成してもよいし、異なる位置に形成してもよい。

【0045】

このように、把持部１７３と案内部１７４とを別体に形成すれば、ガスセンサ１の製造過程において加締めによって周壁部１７１が径方向内向きに応力を受けて変形し、周壁部１７１から延びる把持部１７３がその加締めの影響を受けた場合であっても、案内部１７４は影響を受けにくく、保持部材１７０内でのセパレータ６０の姿勢を維持することができる。

【0046】

また、図５に示す、保持部材２７０のように、案内部２７４と把持部２７３とが別体に形成され、案内部２７４は直接支持部２７２に接続し、把持部２７３は延長部２７８を介して支持部２７２に接続する形態であってもよい。支持部２７２は、本実施形態と同様に、周壁部２７１の後端側開口を内向きに折り返して形成される。案内部２７４も同様に、軸線Ｐに沿って板状に延び、支持部２７２に接続する。把持部２７３は、延長部２７８と一体に、軸線Ｐ方向に延びる板状に形成され、延長部２７８が支持部２７２に接続する。延長部２７８は軸線Ｐ方向において支持部２７２から案内部２７４の先端よりも先端側の位置まで延び、把持部２７３に接続する。把持部２７３の先端２７６は、案内部２７４よりも軸線Ｏ方向先端側に位置し、且つ、案内部２７４よりも径方向内側に位置する。このような形態の保持部材２７０においても同様に、案内部２７４は周壁部２７１の周方向に三等分した領域のそれぞれに、少なくとも１つずつ配置されればよい。また、把持部２７３は、周壁部２７１の周方向において案内部２７４と同じ位置に形成してもよいし、異なる位置に形成してもよい。

【0047】

また、上記実施形態では、本発明に係るガスセンサの一態様として、λ型の酸素センサであるガスセンサ１を例示した。例えば、酸素ガスセンサ、全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサやＨＣセンサなど、検出素子の出力を取り出すための接続端子をセパレータ内に収容し、そのセパレータを外筒内で保持する保持部材を用いるガスセンサに、本発明を適用してもよい。

【実施例1】

【0048】

保持部材７０にセパレータ６０を組み付けた場合の案内部７４と外側面６２との間隙Ｇと、案内部７４の軸線Ｐ方向長さＬとの関係がＬ≧４Ｇを満たすとよい点について確認するため、評価試験を行った。評価試験では、案内部７４の長さＬが１．４ｍｍで間隙Ｇが０．１５ｍｍとなるように作成した保持部材７０のサンプル１と、長さＬが０．６ｍｍで間隙Ｇが０．１５ｍｍのサンプル２とをそれぞれ１０個ずつ用意した。また、比較例として、間隙Ｇが０．０ｍｍ（長さＬは０．６ｍｍとした）の保持部材７０のサンプル３を１０個用意した。サンプル１は、長さＬが間隙Ｇの略９．３倍である。サンプル２は、長さＬが間隙Ｇの４倍である。サンプル３は、間隙Ｇ、すなわちクリアランスが０である。

【0049】

別途用意したサンプル個数分のセパレータ６０を、治具を用いずに手で各サンプル１〜３に挿入し、把持部７３に把持させた後、保持部材７０ごと、セパレータ６０を先端側から撮影した。撮影画像において、セパレータ６０の前向き面におけるセパレータ６０の軸位置と、保持部材７０の軸線Ｐの位置とを確認し、両者の位置のずれを測定した。この評価試験の結果を図６のグラフに示す。

【0050】

図６に示すように、クリアランスのないサンプル３は、軸ずれの大きさが０．１７〜０．４７ｍｍの範囲でばらつき、サンプル１０個の平均は０．３４ｍｍであった。一方、Ｌ／Ｇ＝４のサンプル２は、軸ずれの大きさが０．１２〜０．２７ｍｍの範囲でばらつき、サンプル１０個の平均は０．２０ｍｍであり、サンプル３と比べて軸ずれの大きさが小さくなった。Ｌ／Ｇ＝９．３のサンプル１は、軸ずれの大きさが０．００７〜０．２３ｍｍの範囲でばらつき、サンプル１０個の平均は０．１６ｍｍであり、サンプル３と比べて軸ずれの大きさがさらに小さくなった。

【0051】

保持部材７０にセパレータ６０を手で挿入する際に、案内部７４と外側面６２との間にクリアランスがある場合、外側面６２が案内部７４に密着する部位と密着しない部位とが生ずる。ゆえに、セパレータ６０が径方向に移動し、セパレータ６０の傾きを変えることができる。これに対し、サンプル３はクリアランスがないため、セパレータ６０の傾きの如何にかかわらず、外側面６２が全周にわたって案内部７４に密着する。セパレータ６０は径方向に移動できないため、傾きの矯正を行うことができない。ゆえに、サンプル３の場合、セパレータ６０が軸線Ｐに対し傾いたままの状態で作業者がセパレータ６０を押し込んでしまい、把持部７３が、傾いたままのセパレータ６０を把持してしまう場合がある。

【0052】

案内部７４の長さＬが間隙Ｇの４倍の大きさのサンプル２は、案内部７４と外側面６２との間隙Ｇの長さが十分に長い。ゆえに、セパレータ６０の先端側が把持部７３に到達するまでに、セパレータ６０は径方向への移動が十分に可能となり、セパレータ６０の傾きの矯正を確実に行うことができる。よって傾きが矯正された状態のセパレータ６０を作業者が押し込むことで、把持部７３は、軸線Ｐに対するセパレータ６０の軸ずれがサンプル３と比べてより小さい状態で、セパレータ６０を把持することができる。

【0053】

さらに、案内部７４の長さＬが間隙Ｇの９．３倍の大きさのサンプル１も、サンプル２と同様であり、案内部７４と外側面６２との間隙Ｇが十分に長い。軸線Ｐに対するセパレータ６０の軸ずれはサンプル２と比べてさらに小さくできるが、その差はサンプル２とサンプル３との差異に比べて小さい。よって、案内部７４の長さＬとして間隙Ｇの４倍以上の大きさがあれば、セパレータ６０の軸の傾きの矯正により十分な効果があることがわかった。

【符号の説明】

【0054】

１ ガスセンサ
１０ 検出素子
４０ 端子金具
５０ 主体金具
６０ セパレータ
６２ 外側面
７０ 保持部材
７１ 周壁部
７２ 支持部
７３ 把持部
７４ 案内部
８０ 外筒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】