特開 2022-147913 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147913

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20220929BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

G01N27/409 100

G01N27/416 331

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021049381

(22)【出願日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(72)【発明者】

【氏名】安立 光輝

(72)【発明者】

【氏名】清家 雄也

【テーマコード（参考）】

2G004

【Ｆターム（参考）】

2G004BB04

2G004BC02

2G004BJ03

2G004BM07

(57)【要約】

【課題】製造過程においてハウジングのかしめ部が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現されるガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサは、センサ素子と、保持部材と、ハウジングとを備えている。保持部材は、センサ素子の一部を保持する。ハウジングは、センサ素子及び保持部材を収容する。ハウジングは、筒状の基部と、筒状のかしめ部とを含む。かしめ部は、基部よりも後端側に設けられており、一部が折れ曲がった状態で保持部材の後端側の位置を押さえる。かしめ部の厚みは、基部の厚みよりも薄い。かしめ部は、基部寄りの部分及び後端寄りの部分の各々よりも厚みが大きく変化する、又は、基部寄りの部分と後端寄りの部分との間において厚みの変化度合が変化する点である折れ点を有する。かしめ部において、折れ点よりも基部寄りの部分の厚みは折れ点よりも後端寄りの部分の厚みよりも厚い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定ガスにおける所定ガス成分の濃度を測定するためのセンサ素子と、
前記センサ素子の一部を保持する保持部材と、
前記センサ素子及び前記保持部材を収容するハウジングとを備え、
前記ハウジングは、
筒状の基部と、
前記基部よりも後端側に設けられており、一部が折れ曲がった状態で前記保持部材の後端側の位置を押さえる、筒状のかしめ部とを含み、
前記かしめ部の厚みは、前記基部の厚みよりも薄く、
前記かしめ部は、前記基部寄りの部分及び後端寄りの部分の各々よりも厚みが大きく変化する、又は、前記基部寄りの部分と前記後端寄りの部分との間において厚みの変化度合が変化する点である折れ点を有し、
前記かしめ部において、前記折れ点よりも前記基部寄りの部分の厚みは前記折れ点よりも前記後端寄りの部分の厚みよりも厚い、ガスセンサ。

【請求項2】

前記かしめ部において、前記折れ点よりも前記基部寄りの部分は前記基部に向かって厚みが徐々に厚くなるテーパ構造を有している、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記かしめ部において、前記折れ点よりも後端寄りの部分の厚みは、いずれの部分においても略同一である、請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記かしめ部の厚みは、０．６８ｍｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記かしめ部のうち前記基部との境界部分における厚みをＬ１とし、前記かしめ部のうち最も後端の部分における厚みをＬ２とした場合に、Ｌ２＜０．５４Ｌ１という関係が成立する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記かしめ部において、周方向の一部において切欠きが形成されている、請求項１から請求項５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】

本発明はガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許第３８８５７８１号（特許文献１）は、ガスセンサを開示する。このガスセンサにおいては、センサ素子が筒状のハウジング内に収容されている。このガスセンサにおいては、ハウジングの後端部に形成された筒状固定部を屈曲変形させることによって、ハウジングとセンサ素子とがかしめ固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３８８５７８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示されているガスセンサにおいては、筒状固定部が上方から押圧されることによって、ハウジングとセンサ素子とのかしめ固定が行なわれる。しかしながら、このガスセンサにおいては、筒状固定部のうち筒状縮径部の強度が十分ではない可能性がある。その結果、安定したかしめ形状が実現されない可能性がある。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、製造過程においてハウジングのかしめ部が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現されるガスセンサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に従うガスセンサは、センサ素子と、保持部材と、ハウジングとを備えている。センサ素子は、被測定ガスにおける所定ガス成分の濃度を測定するために用いられる。保持部材は、センサ素子の一部を保持する。ハウジングは、センサ素子及び保持部材を収容する。ハウジングは、筒状の基部と、筒状のかしめ部とを含む。かしめ部は、基部よりも後端側に設けられており、一部が折れ曲がった状態で保持部材の後端側の位置を押さえる。かしめ部の厚みは、基部の厚みよりも薄い。かしめ部は、基部寄りの部分及び後端寄りの部分の各々よりも厚みが大きく変化する、又は、基部寄りの部分と後端寄りの部分との間において厚みの変化度合が変化する点である折れ点を有する。かしめ部において、折れ点よりも基部寄りの部分の厚みは折れ点よりも後端寄りの部分の厚みよりも厚い。

【0007】

かしめ部において、折れ点よりも基部寄りの部分の厚みは、折れ点よりも後端寄りの部分の厚みよりも厚い。したがって、このガスセンサによれば、折れ点を境にかしめ部の厚みが変化しており、かしめ時に折れ点でかしめ部が折れ曲がりやすいため、かしめ部が上方から押圧されても、かしめ部の折れ曲がる位置を制御することができる。その結果、このガスセンサによれば、かしめ部の横膨らみを抑制することができ、かしめ形状を安定させることができる。すなわち、このガスセンサによれば、かしめ部が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現される。

【0008】

上記かしめ部において、折れ点よりも基部寄りの部分は、基部に向かって厚みが徐々に厚くなるテーパ構造を有していてもよい。このガスセンサによれば、折れ点よりも基部寄りの部分における強度を十分に確保することができる。その結果、かしめ部が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現される。

【0009】

上記かしめ部において、折れ点よりも後端寄りの部分の厚みは、いずれの部分においても略同一であってもよい。

【0010】

上記かしめ部の厚みは、０．６８ｍｍ以下であってもよい。

【0011】

上記かしめ部のうち基部との境界部分における厚みをＬ１とし、上記かしめ部のうち最も後端の部分における厚みをＬ２とした場合に、Ｌ２＜０．５４Ｌ１という関係が成立してもよい。

【0012】

上記かしめ部において、周方向の一部において切欠きが形成されていてもよい。

【0013】

かしめ部において、周方向の一部に切欠きが形成されていない場合について考える。この場合には、かしめ部がかしめられると、かしめ部の後端が径方向の内側に押し込まれるため、かしめ部の後端の周方向の長さが短くなる。その結果、かしめ部の折り曲げられた部分のうち余った部分が他の方向に追いやられ、例えば、かしめ部の横膨らみが生じる。このガスセンサにおいては、かしめ部において周方向の一部に切欠きが形成されている。したがって、かしめ部がかしめられ、かしめ部の後端が径方向の内側に押し込まれたとしても、折り曲げられた部分が、切り欠きがない場合と比較して径方向の内側に納まりやすい。その結果、このガスセンサによれば、かしめ部の横膨らみを抑制することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、製造過程においてハウジングのかしめ部が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現されるガスセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ガスセンサの一部の縦断面を模式的に示す図である。

【図2】センサ素子の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。

【図3】かしめ部がかしめられる前におけるハウジングの縦断面を模式的に示す図である。

【図4】図３の部分Ｃ１の拡大図である。

【図5】３室構造のセンサ素子の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。

【図6】第１の変形例における、かしめ部がかしめられる前におけるハウジングの縦断面を模式的に示す図である。

【図7】図６のＶＩＩ－ＶＩＩ断面を模式的に示す図である。

【図8】第２の変形例における、かしめ部の形状を模式的に示す図である。

【図9】第３の変形例における、かしめ部の形状を模式的に示す図である。

【図10】第４の変形例における、かしめ部の形状を模式的に示す図である。

【図11】比較例における、かしめ部の形状を模式的に示す図である。

【図12】試験器を用いたリーク試験の概略説明図である。

【図13】比較例２のかしめ形状の例を示す図である。

【図14】実施例１のかしめ形状の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0017】

［１．ガスセンサの全体構成］
図１は、本実施の形態に従うガスセンサ１００の一部の縦断面を模式的に示す図である。なお、各図面においては、後述のセンサ素子１０１の長手方向が前後方向であり、センサ素子１０１の厚み方向が上下方向である。

【0018】

図１に示されるように、ガスセンサ１００は、例えば、車両の排ガス管等の配管に取り付けられる。ガスセンサ１００は、排気ガス等の被測定ガスにおける所定ガス成分の濃度を測定するように構成されている。所定ガス成分としては、例えば、ＮＯｘ及びＯ₂が挙げられる。なお、本実施の形態に従うガスセンサ１００は、被測定ガスにおけるＮＯｘ濃度を測定するように構成されている。

【0019】

ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と、保護カバー１３０と、保持部材１４３と、ハウジング１４０とを含んでいる。センサ素子１０１は、長尺な直方体形状を有し、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するために用いられる。センサ素子１０１については、後程詳しく説明する。保護カバー１３０は、筒状であり、センサ素子１０１の前端周辺を覆う。

【0020】

保持部材１４３は、セラミックスサポーター１４４ａ，１４４ｂと、圧粉体１４５とを含んでいる。セラミックスサポーター１４４ａ，１４４ｂ及び圧粉体１４５の各々は、ハウジング１４０内においてセンサ素子１０１の周囲を覆い、センサ素子１０１を保持している。

【0021】

ハウジング１４０は、筒状の基部１４１と、筒状のかしめ部１４２とを含んでいる。セラミックスサポーター１４４ａ，１４４ｂ及び圧粉体１４５の各々は、基部１４１の内側に封入されている。センサ素子１０１は、保持部材１４３及びハウジング１４０の各々の中心軸上に位置しており、保持部材１４３及びハウジング１４０の各々を前後方向に貫通している。

【0022】

かしめ部１４２は、基部１４１よりも後端側に設けられており、折れ曲がった状態で保持部材１４３（セラミックスサポーター１４４ｂ）の後端側の位置を押さえている。かしめ部１４２は、周方向の全周に渡って形成されている。かしめ部１４２は、上方（図中、後方向）からかしめ加工が行なわれることによって折れ曲がっている。これにより、保持部材１４３がハウジング１４０内に固定されている。かしめ部１４２の厚みは、基部１４１の厚みよりも薄い。かしめ部１４２については、後程詳しく説明する。

【0023】

［２．センサ素子の構成］
図２は、ガスセンサ１００が備えるセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電界質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工及び回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。

【0024】

センサ素子１０１の先端は、保護層９０によって被覆されている。保護層９０は、多孔質体で構成されており、例えばセラミックス粒子を含むセラミックスで構成されている。セラミックス粒子としては、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂)、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、ムライト（Ａｌ₆Ｏ₁₃Ｓｉ₂）等の金属酸化物の粒子が挙げられ、保護層９０は、これらの少なくともいずれかを含んでいることが好ましい。なお、本実施の形態において、保護層９０は、アルミナ多孔質体で構成されている。

【0025】

センサ素子１０１の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。

【0026】

ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。

【0027】

第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位をガス流通部とも称する。

【0028】

また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、例えば大気が導入される。なお、第１固体電解質層４がセンサ素子１０１の後端まで延びており、基準ガス導入空間４３が形成されていなくてもよい。また、基準ガス導入空間４３が形成されていない場合に、大気導入層４８がセンサ素子１０１の後端まで延びていてもよい（例えば、図５参照）。

【0029】

大気導入層４８は、多孔質アルミナからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。

【0030】

基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内や第２内部空所４０内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。

【0031】

ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。

【0032】

第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

【0033】

緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。

【0034】

第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

【0035】

被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空間へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。

【0036】

第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。

【0037】

主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。

【0038】

内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６及び第１固体電解質層４）、及び、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。

【0039】

内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ２とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

【0040】

主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。

【0041】

また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。

【0042】

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、起電力Ｖ０が一定となるようにＶｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。

【0043】

第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。

【0044】

第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、補助ポンプセル５０により酸素濃度が調整された第２内部空所４０において、さらに、測定用ポンプセル４１の動作によりＮＯｘ濃度が測定される。

【0045】

第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。

【0046】

補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１と外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。

【0047】

係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。

【0048】

なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

【0049】

補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。

【0050】

また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。

【0051】

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。

【0052】

また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。

【0053】

測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。

【0054】

測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第２内部空所４０内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。さらに、測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。

【0055】

第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担うと共に、測定電極４４の保護膜としても機能する。

【0056】

測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。

【0057】

また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。

【0058】

第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部４５を通じて測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ２＋Ｏ２）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された制御電圧Ｖ２が一定となるように可変電源の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。

【0059】

また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。

【0060】

また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。

【0061】

このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。

【0062】

さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。

【0063】

ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。

【0064】

ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータ電極７１と接続されており、該ヒータ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

【0065】

また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第２内部空所４０の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。

【0066】

ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、及び、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

【0067】

圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。

【0068】

［３．ハウジングの構成］
図３は、かしめ部１４２がかしめられる前におけるハウジング１４０の縦断面を模式的に示す図である。図４は、図３の部分Ｃ１の拡大図である。

【0069】

図３及び図４を参照して、かしめ部１４２は、折れ点Ｐ１よりも基部１４１寄りの部分Ｔ１と、折れ点Ｐ１よりも後端寄りの部分Ｔ２とを含んでいる。部分Ｔ１の厚みは、部分Ｔ２の厚みよりも厚い。部分Ｔ１の厚み方向の長さは、Ｌ１であり、部分Ｔ１の範囲内のいずれの部分においても略同一である。部分Ｔ２の厚み方向の長さは、Ｌ２であり、部分Ｔ２の範囲内のいずれの部分においても略同一である。例えば、長さＬ１は、０．６８ｍｍ程度である。また、長さＬ２は、０．３６ｍｍ程度である。基部１４１寄りの部分Ｔ１及び後端寄りの部分Ｔ２の各々においては、かしめ部１４２の厚みが変化していない。一方、折れ点Ｐ１においては、かしめ部１４２の厚みが、部分Ｔ１及び部分Ｔ２の各々よりも大きく変化している。すなわち、かしめ部１４２は、部分Ｔ１及び部分Ｔ２の各々よりも厚みが大きく変化する折れ点Ｐ１を有する。

【0070】

このように、かしめ部１４２において、部分Ｔ１の厚みは、部分Ｔ２の厚みよりも厚い。したがって、折れ点Ｐ１を境にかしめ部１４２の厚みが変化しており、かしめ時に折れ点Ｐ１でかしめ部１４２が折れ曲がりやすいため、かしめ加工時にかしめ部１４２が上方から押圧された場合に、かしめ部１４２の折れ曲がる位置を折れ点Ｐ１に制御することができる。その結果、ハウジング１４０を含むガスセンサ１００によれば、かしめ部１４２の座屈変形を抑制することができ、かしめ形状を安定させることができる。

【0071】

例えば、長さＬ１と長さＬ２に関し、Ｌ２＜０．５４Ｌ１という関係が成立してもよい。例えば、このような関係が成立することによって、かしめ部１４２が上方から押圧された場合に、折れ点Ｐ１においてより折れ曲がりやすくなる。

【0072】

［４．特徴］
以上のように、本実施の形態に従うガスセンサ１００のかしめ部１４２において、折れ点Ｐ１よりも基部１４１寄りの部分Ｔ１の厚みは、折れ点Ｐ１よりも後端寄りの部分Ｔ２の厚みよりも厚い。したがって、ガスセンサ１００によれば、折れ点Ｐ１を境にかしめ部１４２の厚みが変化しており、かしめ時に折れ点Ｐ１でかしめ部１４２が折れ曲がりやすいため、かしめ部１４２が上方から押圧されても、かしめ部１４２の折れ曲がる位置を折れ点Ｐ１に制御することができる。その結果、ガスセンサ１００によれば、かしめ部１４２の座屈変形を抑制し、かしめ部１４２の横膨らみを抑制することができ、かしめ形状を安定させることができる。

【0073】

［５．変形例］
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。

【0074】

＜５－１＞
上記実施の形態に従うガスセンサ１００において、センサ素子１０１には、第１内部空所２０と、第２内部空所４０とが形成されていた。すなわち、センサ素子１０１は、２室構造であった。しかしながら、センサ素子１０１は、必ずしも２室構造である必要はない。例えば、センサ素子１０１は、３室構造であってもよい。

【0075】

図５は、３室構造のセンサ素子１０１Ｘの構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図５に示されるように、第２内部空所４０（図２）を第５拡散律速部６０でさらに２室に分け、第２内部空所４０Ｘと第３内部空所６１とを作成してもよい。この場合、第２内部空所４０Ｘに補助ポンプ電極５１Ｘを配置し、第３内部空所６１に測定電極４４Ｘを配置してもよい。また３室構造にする場合には、第４拡散律速部４５を省略してもよい。

【0076】

＜５－２＞
また、上記実施の形態において、かしめ部１４２は、周方向の全周に渡って一律の形状で形成されていた。しかしながら、かしめ部１４２は、必ずしも周方向の全周に渡って一律の形状で形成されていなくてもよい。例えば、かしめ部１４２においては、周方向の一部において切欠きが形成されていてもよい。

【0077】

図６は、変形例における、かしめ部１４２Ｙがかしめられる前におけるハウジング１４０Ｙの縦断面を模式的に示す図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ断面を模式的に示す図である。

【0078】

図６及び図７を参照して、ハウジング１４０Ｙは、筒状の基部１４１と、筒状のかしめ部１４２Ｙとを含んでいる。かしめ部１４２Ｙにおいては、周方向の一部において切欠き部２００が形成されている。

【0079】

かしめ部１４２Ｙにおいて周方向の一部に切欠き部２００が形成されていない場合、かしめ部がかしめられると、かしめ部の後端が径方向の内側に押し込まれるため、かしめ部の後端の周方向の長さが短くなる。その結果、かしめ部の折り曲げられた部分のうち余った部分が他の方向に追いやられ、例えば、かしめ部の横膨らみが生じる。図６及び図７に示される変形例においては、かしめ部１４２Ｙにおいて周方向の一部に切欠き部２００が形成されている。したがって、かしめ部１４２Ｙがかしめられ、かしめ部１４２Ｙの後端が径方向の内側に押し込まれたとしても、折り曲げられた部分が、切欠き部２００が形成されていない場合と比較して径方向の内側に納まりやすい。その結果、かしめ部１４２Ｙの横膨らみを抑制することができる。

【0080】

＜５－３＞
また、かしめ部１４２の形状は、図４に示される形状に限定されない。例えば、かしめ部１４２の形状は、図８、図９又は図１０に示されるような形状であってもよい。すなわち、図８に示されるように、かしめ部１４２Ｚ１において、部分Ｔ１Ｚ１が、基部１４１に向かって厚みが徐々に厚くなるテーパ構造を有していてもよい。かしめ部１４２Ｚ１においては、部分Ｔ１Ｚ１と基部１４１との境界部分の厚みが最も厚くなっている。したがって、部分Ｔ１Ｚ１における強度が十分に確保されている。その結果、かしめ部１４２Ｚ１が上方から押圧されても、安定したかしめ形状が実現される。

【0081】

また、図９に示されるように、かしめ部１４２Ｚ２において、折れ点Ｐ１Ｚ２よりも基部１４１寄りの部分Ｔ１Ｚ２のみならず、折れ点Ｐ１Ｚ２よりも後端寄りの部分Ｔ２Ｚ２もテーパ構造を有していてもよい。また、図１０に示されるように、かしめ部１４２Ｚ３において、折れ点Ｐ１Ｚ３よりも後端寄りの部分Ｔ２Ｚ３が有するテーパ構造が曲線状であってもよい。要するに、かしめ部において、折れ点よりも基部寄りの部分における厚みと、折れ点よりも後端寄りの部分における厚みとが異なっていれば、かしめ部の形状はどのようなものであってもよい。また、かしめ部にテーパ構造が形成されている場合には、折れ点よりも基部寄りの部分における厚みの変化度合と、折れ点よりも後端寄りの部分における厚みの変化度合とが異なっていてもよい。この場合に、折れ点は、基部寄りの部分と後端寄りの部分との間において厚みの変化度合が変化する点である。

【0082】

［６．実施例等］
＜６－１．実施例１及び比較例１－３＞
図１に示されるガスセンサ１００の一部と同等のもの（一次組立品）が製造された。実施例１－３及び比較例１－２の各々においては、かしめ部の形状のみが異なっていた。実施例１におけるかしめ部の形状は図４に示される形状であり、実施例２におけるかしめ部の形状は図８に示される形状であり、実施例３におけるかしめ部の形状は図９に示される形状であった。

【0083】

実施例１において、かしめ部１４２と基部１４１との境界部分におけるかしめ部１４２の厚みは、０．６８ｍｍであった。また、かしめ部１４２の後端部分の厚みは、０．３６ｍｍであった。また、実施例２において、かしめ部１４２Ｚ１と基部１４１との境界部分におけるかしめ部１４２Ｚ１の厚みは、０．６８ｍｍであった。また、かしめ部１４２Ｚ１の後端部分の厚みは、０．３６ｍｍであった。また、実施例３において、かしめ部１４２Ｚ２と基部１４１との境界部分におけるかしめ部１４２Ｚ２の厚みは、０．６８ｍｍであった。また、１４２Ｚ第２基板層２の後端部分の厚みは、０．３６ｍｍであった。

【0084】

比較例１においては、図１１に示されるかしめ部１４２Ｚ４のように、かしめ部において厚みが一律であった。すなわち、比較例１においては、かしめ部において折れ点及びテーパ構造を有する部分は存在しなかった。比較例１におけるかしめ部の厚みは、０．５６ｍｍであった。

【0085】

比較例２においては、図１１に示されるかしめ部１４２Ｚ４のように、かしめ部において厚みが一律であった。すなわち、比較例２においては、かしめ部においてテーパ構造を有する部分は存在しなかった。比較例２におけるかしめ部の厚みは、０．４６ｍｍであった。

【0086】

＜６－２．試験＞
（６－２－１．かしめ部のコンピュータ断層撮影）
実施例１－３及び比較例１－２の各々の一次組立品に関し、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を行なった。ＣＴを通じて生成された画像に基づいて、かしめ部における横膨らみの有無が確認された。

【0087】

（６－２－２．リーク試験）
一次組立品を用いてリーク試験を行なった。リーク試験を通じて、保持部材１４３とセンサ素子１０１との気密性能を検査した。

【0088】

図１２は、試験器５００を用いたリーク試験の概略説明図である。図１２に示されるように、試験器５００は、取付治具５０２と、上カバー５０４と、下カバー５０６と、管５０８とを含んでいる。取付治具５０２には、一次組立品の雄ネジ部（図示省略）が取り付け可能な雌ネジ部（図示省略）が形成されている。上カバー５０４及び下カバー５０６は、取付治具５０２の上下をそれぞれ覆う。管５０８は、下カバー５０６の開口と接続されている。上カバー５０４、取付治具５０２及び下カバー５０６の接続部はＯリングで封止されている。取付治具５０２の雌ネジ部に、雄ネジ部にシールテープが巻かれた一次組立品を取り付け、トルクレンチ（４.０Ｎｍ）で固定した。

【0089】

これにより、上カバー５０４内と下カバー５０６内とが、一次組立品の内部を介する以外は互いにガスが流通しない状態とした。そして、管５０８の内部に石鹸水からなる膜５１０を張った。この状態で、上カバー５０４の上部開口からエアーを供給して０．４ＭＰａＧの圧力を１分間かけ、膜５１０の上昇量（ｍｍ）をスケールで測定した。そして、この上昇量を、リーク量（ｃｃ／ｍｉｎ）に換算した。なお、上昇量１ｍｍが０．０１ｃｃ（＝０．０１ｃｍ³）のリーク量に相当する。リーク量が少ないほど、保持部材１４３とセンサ素子１０１との気密性が高いことを意味する。

【0090】

＜６－３．試験結果＞
（６－３－１．かしめ部のコンピュータ断層撮影）
ＣＴの結果、実施例１－３においては、かしめ部において座屈変形がほとんど生じず、かしめ部の横膨らみがほとんど生じなかった。一方、比較例１，２においては、かしめ部において座屈変形が生じ、かしめ部の横膨らみが生じた。

【0091】

図１３は、比較例２のかしめ形状の例を示す図である。図１３に示されるように、比較例２においては、かしめ部で横膨らみが生じた。比較例１においても、比較例２と同様にかしめ部の横膨らみが生じた。

【0092】

図１４は、実施例１のかしめ形状の例を示す図である。図１４に示されるように、実施例１においては、かしめ部で横膨らみが生じなかった。実施例２，３においても、実施例１と同様にかしめ部の横膨らみが生じなかった。

【0093】

（６－３－２．リーク試験）
実施例１－３及び比較例１－２の各々について４つの一次組立品を用意し、リーク試験を行なった。リーク試験の結果については、次の総合評価において説明する。

【0094】

（６－３－３．総合評価）
リーク量に関しては、リーク量が０．１ｃｃ／ｍｉｎ以下である場合に「ｇｏｏｄ」と評価し、リーク量が０．１ｃｃ／ｍｉｎより大きい場合に「ｂａｄ」と評価した。保持力に関しては、かしめ部に横膨らみがなく、内部部品（例えば、保持部材１４３）とかしめ部との間に隙間が確認されなかった場合に「ｇｏｏｄ」と評価し、かしめ部に横膨らみがあり、内部部品とかしめ部との間に隙間が確認された場合に「ｂａｄ」と評価した。総合評価に関しては、リーク量及び保持力の両方が「ｇｏｏｄ」である場合に「ｇｏｏｄ」と評価し、リーク量及び保持力の少なくともいずれかが「ｂａｄ」である場合に「ｂａｄ」と評価した。評価結果を以下の表１に示す。

【0095】

【表1】

表１に示されるように、比較例１－２の各々は総合評価が「ｂａｄ」であるのに対して、実施例１－３は総合評価が「ｇｏｏｄ」であった。

【符号の説明】

【0096】

１ 第１基板層、２ 第２基板層、３ 第３基板層、４ 第１固体電解質層、５ スペーサ層、６ 第２固体電解質層、１０ ガス導入口、１１ 第１拡散律速部、１２ 緩衝空間、１３ 第２拡散律速部、２０ 第１内部空所、２１ 主ポンプセル、２２ 内側ポンプ電極、２２ａ，５１ａ，５１ａＸ 天井電極部、２２ｂ，５１ｂ，５１ｂＸ 底部電極部、２３ 外側ポンプ電極、３０ 第３拡散律速部、４０，４０Ｘ 第２内部空所、４１ 測定用ポンプセル、４２ 基準電極、４３ 基準ガス導入空間、４４，４４Ｘ 測定電極、４５ 第４拡散律速部、４６，５２ 可変電源、４８ 大気導入層、５０ 補助ポンプセル、５１，５１Ｘ 補助ポンプ電極、６０ 第５拡散律速部、６１ 第３内部空所、７０ ヒータ部、７１ ヒータ電極、７２ ヒータ、７３ スルーホール、７４ ヒータ絶縁層、７５ 圧力放散孔、８０ 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１ 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２ 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３ センサセル、９０ 保護層、１００ ガスセンサ、１０１ センサ素子、１３０ 保護カバー、１４０，１４０Ｙ ハウジング、１４１ 基部、１４２，１４２Ｙ，１４２Ｚ１，１４２Ｚ２，１４２Ｚ３，１４２Ｚ４ かしめ部、１４３ 保持部材、１４４ａ，１４４ｂ セラミックスサポーター、１４５ 圧粉体、２００ 切欠き部、５００ 試験器、５０２ 取付治具、５０４ 上カバー、５０６ 下カバー、５０８ 管、５１０ 膜、Ｐ１，Ｐ１Ｚ１，Ｐ１Ｚ２，Ｐ１Ｚ３ 折れ点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】