特許 6245068 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】6245068

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20171204BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-103117(P2014-103117)

(22)【出願日】2014年5月19日

(65)【公開番号】特開2015-87376(P2015-87376A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年7月14日

(31)【優先権主張番号】特願2013-200171(P2013-200171)

(32)【優先日】2013年9月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 常利

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１２７６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０５０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０７０７６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２８１４７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第７１９７９１２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

Ｈ０５Ｂ ３／０６

Ｈ０５Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
少なくとも、
特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質層（４００）と、基準ガスに接する基準電極層（４０１）と、被測定ガスに接する測定電極層（４０２）とからなるセンサ素子検出部（４０）を含み、有底筒状に形成したガスセンサ素子（４）と、
軸方向に伸びる断面矩形に形成され、前記ガスセンサ素子（４）を加熱するヒータ（５）と、
前記ガスセンサ素子（４）の内側で前記基準電極層（４０１）との導通を図るプラス導通部（１１）と、前記ヒータ（５）を把持するヒータ把持部（１０）を有するプラス端子金具（１）と、
前記ヒータ（５）と外部との通電を図るヒータ端子金具（２）と、
前記測定電極層（４０２）と外部との導通を図るマイナス端子導通部（３０）を有するマイナス端子金具（３）と、
前記プラス端子金具（１）と、前記ヒータ端子金具（２）と、前記マイナス端子金具（３）との絶縁を図る絶縁体（８０）と、
前記検出部（４０）を被測定ガス中に固定する筒状のハウジング（６）と、を具備し、
前記ヒータ把持部（１０）が、前記ヒータ（５）の長辺側平面を両側から弾性的に押圧する把持部当接面（１０２）を具備し、前記ヒータ（５）の断面長手方向への移動を許容するように把持し、
前記ヒータ端子金具（２）が、前記ヒータ（５）の基端側で長辺側平面の両面に設けた一対のヒータ電極（５２）を両側から弾性的に押圧する導通当接面（２０）を具備し、
前記把持部（１０）を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_１０とし、前記ヒータのｇ単位で表した質量をＭとしたとき、
Ｋ_１０／Ｍ≧１６０ （単位は１／ｓ^２）
の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ

【請求項2】

前記プラス端子金具（１）を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_１とし、前記ヒータ端子金具（２）を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_２とし、前記ヒータのｇ単位で表した質量をＭとしたとき、
前記プラス端子金具（１）と前記ヒータ端子金具（２）との総合バネ定数Ｋ_Ｔが、
Ｋ_Ｔ／Ｍ≧１６０ （単位は１／ｓ^２）
の関係を満たす請求項１に記載のガスセンサ

【請求項3】

前記当接面（１０２）が、前記ヒータ（５）の把持方向に向かって凸となるように所定のホルダ半径（Ｒ）を設けて湾曲する請求項１又は２に記載のガスセンサ

【請求項4】

前記ヒータ把持部（１０）が、前記ヒータ（５）の短辺側の側面との間に、所定のクリアランス（ＣＬ）を設けた請求項１ないし３のいずれかに記載のガスセンサ

【請求項5】

前記導通当接面（２０）が、前記ヒータ電極（５２）に向かって凸となるように湾曲する球面を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセンサ

【請求項6】

前記絶縁体（８０）の内周壁と前記マイナス端子導通部（３０）の外周との間の間隙（ＧＰ_８０）が０．５ｍｍ以下である請求項４又は５に記載のガスセンサ

【請求項7】

前記間隙（ＧＰ_８０）が０．３ｍｍ以下である請求項６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、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに係り、ガスセンサ素子を加熱するヒータの把持構造に関するするものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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を有する固体電解質材料を有底筒状に形成した固体電解質基体と、その外周面側において被測定ガスに接する測定電極層と、その内周面側において基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層とからなるいわゆるコップ型の検出素子を具備し、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する酸素センサや、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出することで混合気の空燃比を測定する空燃比センサが広く用いられている。

【0004】

このようなガスセンサでは、早期の活性化を図るために、通電により発熱するヒータが内蔵されており、ヒータの中心軸と、固体電解質体の中心軸とが一致し、ヒータの先端が固体電解質体の底部に当接するように保持されている。
特許文献１には、棒状若しくは断面矩形状で軸方向に伸びるヒータを有底筒状に形成した固体電解質体内において軸方向の移動が可能な状態で保持すべく、側面の一部が切り欠かれた断面Ｃ字形に形成した把持部を有するヒータ把持部を備えたガスセンサが開示されている（特許文献１図４参照）。
特許文献１にあるようなヒータ把持部では、ヒータが軸方向に移動可能とすることで、固体電解質体の底部に当接したときに、素子割れを起こりがたくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−３０５０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、特許文献１のように、ヒータ把持部がヒータを外周方向から押圧することによって把持した状態では、ヒータ把持部は、軸方向に水平に保持使用とする力が作用し、ヒータに軸方向の傾きが生じた場合には、ヒータ把持部によって保持されている部分に曲げストレスが生じることになる。

【0007】

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、ヒータへの曲げストレスが生じ難いヒータ把持部を設けると共に、ヒータの導通を図る接点荷重と、ヒータを把持する把持荷重とが作用する方向を一致させ、外部からの振動に対する接点導通に対する信頼性の高い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】

本発明のガスセンサは、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、少なくとも、特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質層（４００）と、基準ガスに接する基準電極層（４０１）と被測定ガスに接する測定電極層（４０２）とからなるセンサ素子検出部（４０）を含み、有底筒状に形成したガスセンサ素子（４）と、軸方向に伸びる断面矩形に形成され、前記ガスセンサ素子（４）を加熱するヒータ（５）と、前記ガスセンサ素子（４）の内側で前記基準電極層（４０１）との導通を図るプラス導通部（１１）と、前記ヒータ（５）を把持するヒータ把持部（１０）を有するプラス端子金具（１）と、前記ヒータ（５）と外部との通電を図るヒータ端子金具（２）と、前記測定電極層（４０２）と外部との導通を図るマイナス端子導通部（３０）を有するマイナス端子金具（３）と、前記プラス端子金具（１）と、前記ヒータ端子金具（２）と、前記マイナス端子金具（３）との絶縁を図る絶縁体（８０）と、前記検出部（４０）を被測定ガス中に固定する筒状のハウジング（６）と、を具備し、前記ヒータ把持部（１０）が、前記ヒータ（５）の長辺側平面を両側から弾性的に押圧する把持部当接面（１０２）を具備し、前記ヒータ（５）の断面長手方向への移動を許容するように把持し、前記ヒータ端子金具（２）が、前記ヒータ（５）の基端側で長辺側平面の両面に設けた一対のヒータ電極（５２）を両側から弾性的に押圧する導通当接面（２０）を具備し、
前記把持部（１０）を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_１０とし、前記ヒータのｇ単位で表した質量をＭとしたとき、
Ｋ_１０／Ｍ≧１６０ （単位は１／ｓ^２）
の関係を満たすことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

前記ヒータ把持部（１０）が、前記ヒータ（５）の断面長手方向への移動を許容することによって、前記ヒータ（５）が前記ガスセンサ素子（４）の軸方向に対して傾きを生じた場合であっても、前記ヒータ（５）が前記ヒータ把持部（１０）から曲げストレスを受けることがなく、冷熱ストレスに晒されたときに前記ヒータ（５）の割れを回避することができる。
また、前記ヒータ把持部（１０）が前記ヒータ（５）の両側から押圧する荷重方向と前記導通当接面（２０）が前記ヒータ（５）の両側から押圧する荷重方向とが一致するので、前記ヒータ（５）の断面短手方向には傾きを生じることなく安定して支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本発明のガスセンサの全体概要を示す縦断面図

【図1B】図１Ａ中Ｂ−Ｂに沿った要部横断面図

【図2A】本発明のガスセンサの要部であるプラス端子金具の概要を示す側面図

【図2B】図２Ａ中Ｂ−Ｂに沿った断面図

【図2C】図２Ａ中Ｃ−Ｃに沿った断面図

【図2D】図２Ａ中Ｄ−Ｄに沿った断面図

【図2E】図１Ａのプラス端子金具の斜視図

【図3A】本発明のガスセンサに用いられるヒータ通電端子金具の概要を示す斜視図

【図3B】図３Ａのヒータ通電端子金具の組み付け状態を示す横断面図

【図4A】本発明のガスセンサに用いられるマイナス端子金具の概要を示す側面図

【図4B】図４Ａ中Ｂ−Ｂに沿った横断面図

【図5】本発明のガスセンサに用いられるヒータの概要を示す展開斜視図

【図6A】本発明の効果を説明するための模式図

【図6B】比較例と共に本発明の効果を示す特性図

【図7A】本発明の要部であるヒータ把持部の変形例を示す横断面図

【図7B】図７Ａのヒータ把持部の組み付け状態を示す横断面図

【図8A】本発明の要部であるヒータ把持部の他の変形例を示す横断面図

【図8B】図８Ａのヒータ把持部の組み付け状態を示す横断面図

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１Ａ、図１Ｂを参照して、本発明の実施形態におけるガスセンサＧＳの概要について説明する。
ガスセンサＧＳは、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサである。
ガスセンサＧＳは、少なくとも、特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質層４００と、基準ガスに接する基準電極層４０１と被測定ガスに接する測定電極層４０２とからなるセンサ素子検出部４０を含み、有底筒状に形成したガスセンサ素子４と、軸方向に伸びる断面矩形に形成され、ガスセンサ素子４を加熱するヒータ５と、ガスセンサ素子４の内側で基準電極層４０１との導通を図るプラス導通部１１と、前記ヒータ５を把持するヒータ把持部１０を有するプラス端子金具１と、ヒータ５と外部との通電を図るヒータ端子金具２と、検出部４０を被測定ガス中に固定する筒状のハウジング６と、を具備する。
ヒータ把持部１０が、ヒータ５の長辺側平面を両側から弾性的に押圧する把持部当接面１０２を具備し、ヒータ５の断面長手方向への移動を許容するように把持し、ヒータ端子金具２が、ヒータ５の基端側で長辺側平面の両面に設けた一対のヒータ電極５２を両側から弾性的に押圧する導通当接面２０とすることを特徴とする。

【0012】

ヒータ把持部１０が、ヒータ５の断面長手方向への移動を許容することによって、ヒータ５がガスセンサ素子４の軸方向に対して傾きを生じた場合であっても、ヒータ５がヒータ把持部１０から曲げストレスを受けることがなく、冷熱ストレスに晒されたときにヒータ５の割れを回避することができる。
また、ヒータ把持部１０が、ヒータ５の両側から押圧する荷重方向と導通当接面２０がヒータ５の両側から押圧する荷重方向とが一致するので、ヒータ５の断面短手方向には、ヒータ５の中心軸に傾きを生じることなく安定して支持することができる。

【0013】

本発明におけるガスセンサ素子４は、いわゆるコップ型のガスセンサ素子で、酸素イオン伝導体であるジルコニア等の特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料が用いられ、有底筒状に形成されている。
なお、以下の実施形態においては、このようなガスセンサとして典型的な酸素センサを例として説明するが、本発明は、酸素センサに限定するものではない。
電極の構造や固体電解質の種類、制御方法等を変えることにより、空燃比の検出やＮＯｘの検出を行ったりすることもできる。

【0014】

ガスセンサ素子４の先端側には、センサ素子検出部４０が形成され、中腹には径大となる拡径部４１が形成され、基端側には、外部との接続を図る素子基端部４２が形成されている。
素子検出部４０は、固体電解質層４００と、固体電解質層４００の内側表面に形成され、基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層４０１と、固体電解質層４００の外側表面に形成され、被測定ガスに接する測定電極層４０２とによって構成されている。
素子拡径部４１は、径大となるように鍔状に張り出し、筒状のハウジング６内に所定の封止手段７等を介して固定されている。
素子基端部４の内側には、基準電極４０１に接続すると共にガスセンサ素子４の内側でヒータ５を把持するプラス端子金具１が設けられ、外側には測定電極層４０２に接続するマイナス端子金具２が設けられている。

【0015】

図１Ａ、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅを参照して、本発明の要部であるプラス端子金具１について説明する。
プラス端子金具１は、弾性と電気伝導性に優れた金属材料によって形成されている。
プラス端子金具１の先端には、ヒータ５を保持するヒータ把持部１０が形成され、その基端側には、基準電極４０１に接続するプラス端子導通部１１が形成され、さらにその基端側には、平板状で軸方向に伸びるプラス端子中継部１２が形成され、さらにその基端側には、外部との接続を図るプラス信号線１４との導通を図るプラス端子圧着部１３が形成されている。

【0016】

本実施形態におけるヒータ把持部１０は、平板状の基部１００の両側が折り曲げられ、ヒータ５の把持方向に向かって付勢する屈曲部１０１が形成され、さらにその先に、ヒータ５の把持方向に向かって凸となるように所定のホルダ半径Ｒを設けて湾曲する当接部１０２が形成され、当接部１０２の両端は、一定方向に向かって広がる開口端１０３を具備し、いわゆる三角クリップ状に形成されている。
ヒータ把持部１０の基部１００と断面矩形のヒータ５の側面との間には、ヒータ把持部側面方向クリアランスＣＬが設けられており、一定程度、ヒータ把持部１０においてヒータ５が径方向に移動できるようなスペースが確保されている。

【0017】

また、ヒータ把持部１０のバネ定数Ｋ_１０（Ｎ／ｍｍ）は、ヒータ５の質量Ｍ（ｇ）としたとき、Ｋ_１０／Ｍ≧１６０（単位は１／ｓ^２）の関係を満たすように設定してある。
ヒータ把持部１０のバネ定数Ｋ_１０を所定の範囲以上に設定することで、外部からの振動に対して、共振することがないので、ヒータ５を安定して保持できる。
加えて、曲げストレスを生じたときに、径方向にヒータ５が移動することで、曲げストレスが緩和されヒータ５の割れを回避できる。

【0018】

プラス端子導通部１１は、環状に折り曲げた平板の一部を切り欠いた断面Ｃ字形をしており、内側から外側に向かって押圧力を発生するように付勢されている。
ガスセンサ素子基端部４２の内側に組み付ける際には、プラス端子導通部１１を縮径した状態で素子基端部４２に装着する。
圧着部１３は、両側に張り出す舌片を内側に倒れ込ませるようにして、外部との接続を図るプラス信号線１４の芯線１４０を圧着する。

【0019】

図１Ａ、図３Ａ、図３Ｂを参照してヒータ端子金具２について説明する。
ヒータ端子金具２は、弾性と電気伝導性に優れた平板状の金属材料を用いて形成され、ヒータ５の基端側に引き出された一対のヒータ電極５２と外部の電源との接続を図る一対のヒータ通電線２４との接続を図る。
ヒータ端子金具２は、導通当接面であるヒータ端子当接部２０、ヒータ端子屈曲部２１、ヒータ端子基部２２、ヒータ端子圧着部２３によって構成されている。

【0020】

ヒータ端子基部２２は、軸方向に伸びる平板状に形成されている。
ヒータ端子屈曲部２１は、ヒータ端子基部２２の先端側を基端側に向かって折り返して形成されている。
ヒータ端子屈曲部２１は、その先端側に設けたヒータ端子当接部２０をヒータ５の表面に設けたヒータ電極５２側に向かって付勢する。

【0021】

ヒータ端子当接部２０はヒータ電極５２に弾性的に当接して導通を図っている。
ヒータ端子圧着部２３は、ヒータ端子基部２２の基端側に設けられ、導通線２４の芯線２４０を圧着固定する。
ヒータ５の短辺側の先端側面が、ガスセンサ素子４の内周壁に当接されたときに、ヒータ５が軸方向に対して斜めに保持されることになるが、ヒータ端子当接面２０がヒータ電極５２に向かって凸となるように湾曲する球面状に形成されているので、ヒータ５が如何なる角度で傾いても、常に一点で接触し、一定の接点荷重Ｆを維持することが可能となり、確実な導通を確保できる。

【0022】

さらに、単位をＮ／ｍｍで表したプラス端子金具１のバネ定数Ｋ_１（＝ヒータ把持部１０のバネ定数Ｋ_１０）と、ヒータ端子金具２のバネ定数Ｋ_２との総合バネ定数Ｋ_Ｔ（＝Ｋ_１＋Ｋ_２）（Ｎ／ｍｍ）としたとき、Ｋ_Ｔ／Ｍ≧１６０（単位は１／ｓ^２）以上に設定されており、総合的な固有振動数ｆが、２ｋＨｚ以上となるため、ヒータ５が外部からの振動に共振して移動することがない。

【0023】

図１Ａ、図４Ａ、図４Ｂを参照して、マイナス端子金具３について説明する。
マイナス接点金具３は、弾性と電気伝導性に優れた平板状の金属材料を用いて形成され、ガスセンサ素子４の基端部４２に設けられ、測定電極層４０２と外部との接続を図るマイナス信号線３４との接続を図る。
マイナス接点金具３は、マイナス端子導通部３０と、マイナス端子基部３１とマイナス端子圧着部３３とによって構成されている。
マイナス端子導通部３０は、平板状の弾性部材をガスセンサ素子４の基端部４２の外径よりも僅かに小さい径の環状に折り曲げて一部を切り欠いた断面Ｃ字形に形成され、中心に向かって押圧力を発生するように付勢されている。
マイナス端子圧着部３２には、マイナス信線３４の芯線３４０が圧着されている。

【0024】

図１Ａ、図１Ｂ、図５を参照してヒータ５について説明する。
ヒータ５は、いわゆる積層型のセラミックヒータであり、断面矩形で軸方向に伸びる長尺平板状に形成されている。
ヒータ５は、アルミナ等の絶縁材料からなり平板状に形成した絶縁層５０と、その内側に埋設され、タングステン、モリブデンシリサイト、ルテニウム等の公知の抵抗発熱体材料からなり通電により発熱する発熱体５１と、発熱体５１と外部との接続を図るヒータ電極５２と、発熱体５１とヒータ電極５２との導通を図るリード部５２０、ビア電極５２１とによって構成されている。
ヒータ５は、プラス端子金具１の先端に設けたヒータ把持部１０によって長辺側平面を両側から弾性的に押圧され保持され、基端側において、両側から一対のヒータ端子２によって弾性的に挟持されている。
このため、ヒータ把持部１０の荷重方向と、ヒータ端子２の荷重方向とが一致し、ヒータ５に対する曲げストレスを緩和できる。

【0025】

図１Ａを参照して、ハウジング６について説明する。
ハウジング６は、ステンレス等の公知の金属材料を用いて筒状に形成され、内側にガスセンサ素子４を保持し、被測定ガス流路の所定位置にガスセンサ素子４の検出部４０を固定する。
ハウジング６は、ガスセンサ素子４を収容するハウジング基部６０と、ガスセンサ素子４の拡径部４１を係止固定する素子係止部６１と、ハウジング６の基端側を覆うケーシング８６を固定するためのボス部６２と、ガスセンサ素子４をかしめ固定する素子加締め部６３と、被測定ガスを導入する空間を形成する筒状部６４と被測定ガス流路に固定するためのネジ部６５と、ネジ部６５を締め付けるための六角部６０と、素子検出部４０を覆うカバー体９を固定する カバー体加締め部６７とによって構成されている。

【0026】

ハウジング６とガスセンサ素子４との間には、封止手段７が設けられ、両者の気密性を確保している。
封止手段７は、拡径部４１と素子係止部６１との間に介装する金属製のシールリング７０と、拡径部４１と加締め部６３との間に介装され、タルク等の公知の粉末充填部材からなり筒状に形成した充填粉末部７１と、アルミナ等からなり、充填粉末部７１を押圧する筒状絶縁体７２と、金属製のシールリング７３とによって構成されている。

【0027】

図１Ａを参照して基端側固定手段８について説明する。基端側固定手段８は、この手のガスセンサにおいて慣用されているもので、上述の、プラス端子金具１、ヒータ端子金具２、マイナス端子金具３、プラス信号線１４、一対のヒータ通電線２４、マイナス信号線３４を絶縁状態で保持し、外部からの水分の侵入は阻止し、基準ガスとしての大気の導入は許容するように、ガスセンサＧＳの基端側を固定するものである。
基端側固定手段８は、アルミナ等の公知の絶縁材料からなる端子金具保持用絶縁体８０と、端子金具保持用絶縁体８０を弾性的に保持する絶縁体保持部８１と、フッ素繊維等からなり大気は導入し水分は遮断する公知の撥水フィルタ８２と、大気を導入するための大気導入孔８３と、基端側を封止する公知の耐熱ゴム等からなる封止ゴム８４、封止ゴム８４をかしめ固定するケーシング加締め部８５と、ステンレス等の金属製で、ハウジング６の基端側を覆う基端側封止用ケーシング８６とによって構成されている。

【0028】

さらに、絶縁体８０の内周壁と、マイナス端子導通部３０の外径との間の間隙ＧＰ_８０は、０．５ｍｍ以下に設定されている。より望ましくは０．３ｍｍ以下に設定する。
これにより、外部からの振動が加わっても、絶縁体８０の揺れが、ガスセンサ素子４に固定されたマイナス端子導通部３０によって抑制されるので、各接点における導通信頼性が高くなる。

【0029】

図１を参照してカバー体９について説明する。カバー体９は、ステンレス等の公知の金属材料からなり、ガスセンサ素子４の検出部４０を保護すべく、検出部４０を覆うように筒状に形成されている。
本実施形態においては、カバー体９は、有底筒状に形成されたカバー体基部９０と、カバー体基部９０の側面及び底面には、カバー体基部９０の内側に被測定ガスを導入し、排出するためのカバー体開孔部９１が穿設され、カバー体基部９０の基端側には、ハウジング６の先端に設けた加締め部６７に固定するためのカバー体鍔部９２が形成されている。

【0030】

図６Ａを参照して本発明の効果について説明する。
一対のヒータ端子金具２が、ヒータ５の基端側で両側から弾性的押圧するように接点荷重Ｆ２０が作用し、ヒータ把持部１０が、ヒータ５の中腹において、長手方向平面部を両側から弾性的に押圧する把持荷重Ｆ１０が作用し、筒状に形成された絶縁体８０は、ケーシング８６に設けた絶縁体保持手段８１によって弾性的に保持され、外周から中心に向かって保持荷重Ｆ８１が作用し、一対のヒータ端子金具２の圧着部２３は、ゴム弾性を有する封止ゴム８４によって弾性的に支持され、外周から中心に向かって保持荷重Ｆ８４が作用している。
全体として、ヒータ５の長手方向平面部の両側に均等に弾性的な荷重が負荷されることになる。

【0031】

一方、本発明のガスセンサＧＳが使用される自動車等の環境において発生する振動は２ｋＨｚ未満であることが知られている。
また、図６Ａに示すように、ヒータ５は、ヒータ把持部１０と接点部２０との２点支持となっており、それぞれ、バネ荷重Ｆ_１０、Ｆ_２０で両側からヒータ５の平面部を押圧し、釣り合いがとれている。

【0032】

ヒータ５は、厳密には、弾性を有するが、アルミナ等の硬質な材料を主体とするため、ヒータ把持部１０及び、ヒータ端子金具２に比べ遙かに剛性が高く、各端子金具１、２、３を構成する弾性部材のバネ定数を設定する上で、ヒータ５の弾性は無視できる。
したがって、ヒータ５の質量をＭ（ｇ）としたとき、少なくとも、ヒータ把持部１０のバネ定数Ｋ_１０（Ｎ／ｍｍ）を１６０×Ｍ以上に設定すれば、ヒータ把持部１０の固有振動数ｆ（＝√（Ｋ／Ｍ）／２π）は２ｋＨｚ以上となり、外部からの振動と共振することがない。

【0033】

さらに、プラス端子金具１を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_１とし、ヒータ端子金具２を構成する弾性部材のＮ／ｍｍ単位で表したバネ定数をＫ_２とし、ヒータ５のｇ単位で表した質量をＭとしたとき、プラス端子金具１とヒータ端子金具２の総合バネ定数Ｋ_Ｔ（＝Ｋ_１＋Ｋ_２）が、Ｋ_Ｔ／Ｍ≧１６０（単位は１／ｓ^２）の関係を満たすように、各バネ定数Ｋ_１、Ｋ_２を設定すれば、ヒータ５を支持する弾性部材全体としての総合的な固有振動数ｆ_Ｔが２ｋＨｚ以上となり、さらに、外部振動との共振が起こりがたくなる。
また、ゴム製の封止部８４は、金属製の各端子金具１、２に比べ、弾性が高いので、ヒータ端子金具２の基端側が封止部８４によって固定されることで、全体の総合バネ定数はさらに大きくなるので、必然的に総合的な固有振動数ｆ_Ｔも高くなり、ヒータ５の保持力はさらに安定化され、接点における導通信頼性も高くなる。

【0034】

加えて、絶縁体８０の内周壁とマイナス端子導通部３０との間の間隙ＧＰ_８０が０．５ｍｍ以内に設定されているので、外部からの振動が絶縁体８０に作用しても、ガスセンサ素子４に固定されたマイナス端子導通部３０が、心棒として作用し、絶縁体８０が径方向の動きを拘束し、振動を抑制することになる。
このため、ガスセンサＧＳ全体として振動が押さえられ、各接点における導通信頼性が高まる。
なお、間隙ＧＰ_８０を０．３ｍｍ以下とすることで、絶縁体８０の径方向の動きを拘束し、さらにヒータ５を安定して保持することができる。

【0035】

ここで、図６Ｂを参照して本発明の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
本発明に係るガスセンサＧＳが用いられる自動車エンジン等における市場振動環境は２ｋＨｚ未満であることが知られている。
そこで、本発明の要部であるプラス端子金具１についてバネ定数の異なる弾性部材を用いた場合の市場振動環境（〜２ｋＨｚ）における共振倍率の変化について調査を行った。
ヒータ５がセンサ外部から見えるように覗き窓を加工した評価用サンプルを準備し、例えば、レーザドップラー振動計のような非接触型の振動計を用いて、センサ本体の振幅と、覗き窓から見えるヒータ５の振幅を測定し、センサ本体の振動に対するヒータ５の振動の共振倍率を調査した。
その結果、弾性部材のバネ定数Ｋ_１０又は、Ｋ_Ｔをヒータ５の質量で割ったＫ_１０／Ｍ、Ｋ_Ｔ／Ｍが１６０（１／ｓ^２）を下回る材料を用いてプラス端子金具１を形成した比較例では、バネ定数が低いほど共振倍率が大きくなり、１０倍から５０倍であったのに対し、Ｋ_１０／Ｍ、Ｋ_Ｔ／Ｍが１６０（１／ｓ^２）以上の材料を用いてプラス端子金具１を形成した実施例では、共振倍率が３倍以下になっており、共振が抑制されていることが確認できた。

【0036】

本発明に用いられる、プラス端子金具１のヒータ把持部１０は、前述の形状に限られるものではなく、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂに示すような形状に適宜変形することができる。
図７Ａ、図７Ｂを参照して、ヒータ把持部の変形例１０ａについて説明する。
本変形例では、ヒータ５の表面を両側から押圧する当接面が波形に屈曲して、複数箇所で当接するようになっている。
このような構成とすることで、前記実施形態と同様、径方向に移動可能にヒータ５の保持が可能である点に加え、ヒータ５を押圧する力が分散されるので、ヒータ５内部に残留する応力が緩和され、ヒータ割れの抑制を図ることもできる。

【0037】

図８Ａ、図８Ｂを参照して、ヒータ把持部の他の変形例１０ｂについて説明する。
本変形例１０ｂでは、平板状の弾性部材をＣ字形に折り曲げて、さらにその先端側を、内側に向かって折り返した後、ヒータ５に当接する当接部１０２ｂが所定のＲ形状を有するように折り曲げて形成されている。
このような形状でもヒータ５の平面部を両側から弾性的に押圧して挟持するに当たり、当接面１０２ｂが湾曲しているため、径方向へのヒータ５の移動が許容され、前記実施形態と同様の効果を発揮できる。

【0038】

本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、ヒータ把持部１０が、ヒータ５の長辺側平面を両側から弾性的に押圧する把持部当接面１０２を具備し、ヒータ５の断面長手方向への移動を許容するように把持し、ヒータ端子金具２が、ヒータ５の基端側で長辺側平面の両面に設けた一対のヒータ電極５２を両側から弾性的に押圧する導通当接面２０を具備して、ヒータ５の割れを回避しつつ、導通信頼性を確保するという本発明の趣旨に反しない限り適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、一のカバー体９を設けた例を示したが、多重筒構造のものでも良いし、カバー体の開孔９１の数、形状、位置等を限定するものでもない。
カバー体を設けないで、ハウジング６の先端を筒状に延ばして、センサ素子検出部４０の周囲を覆うようにした簡易な構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0039】

１ プラス端子金具
１０ ヒータ把持部
１０２ 把持部当接面
１１ プラス導通部
２ ヒータ端子金具
２０ 導通当接面
３ マイナス端子金具
３０ マイナス端子導通部
４ ガスセンサ素子
４０ センサ素子検出部
４００ 固体電解質層
４０１ 基準電極層
４０２ 測定電極層
５ ヒータ
５２ ヒータ電極
６ ハウジング
８０ 絶縁体
ＧＳ ガスセンサ
Ｋ_１、Ｋ_１０、Ｋ、Ｋ_Ｔ バネ定数
Ｍ ヒータ質量
Ｒ ホルダ半径
ＣＬ クリアランス
ＧＰ_８０ 間隙

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】