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(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】
(24)【登録日】2024-02-07
(45)【発行日】2024-02-16
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/409 20060101AFI20240208BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
G01N27/409 100
G01N27/416 331
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021010099
(22)【出願日】2021-01-26
(65)【公開番号】P2022114016
(43)【公開日】2022-08-05
【審査請求日】2023-04-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(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】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】萩野 翔太
(72)【発明者】
【氏名】中村 聡
(72)【発明者】
【氏名】小澤 直人
【審査官】黒田 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１９８３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公昭５８－２０９２９（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】特開２００４－１９８３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８４３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１４５２９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／４０９
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６
Ｇ０１Ｎ ２７／４１
Ｇ０１Ｎ ２７／４１９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
長尺形状を有し、長手方向（Ｌ）の先端側部位に検知部（２１）が形成されるとともに前記長手方向の基端側部位に端子接続部（２２）が形成されたセンサ素子（２）と、前記センサ素子を保持するための挿通孔（４２０）を有し、セラミックス材料によって構成された素子保持材（４２）と、
前記素子保持材を保持するためのハウジング孔（４１０）を有し、金属材料によって構成されたハウジング（４１）と、
リード線（４８）が接続され、前記センサ素子の前記端子接続部に接触する接点端子（４４）と、
前記素子保持材に連結され、前記接点端子を保持するための端子保持孔（４３０）を有し、セラミックス材料によって構成された端子保持材（４３）と、
前記リード線を保持するための貫通孔（４７１）を有し、ゴム材料によって構成されたブッシュ（４７）と、
前記ハウジングの外周と前記ブッシュの外周とに装着され、前記端子保持材を覆う、金属材料によって構成された外筒（４６Ａ，４６Ｂ）と、を備え、
前記端子保持材の熱伝導率は、前記素子保持材の熱伝導率よりも小さい、ガスセンサ（１）。
【請求項2】
前記端子保持材と前記外筒との間には、前記外筒によって前記端子保持材を前記素子保持材に押さえ付けるための接触部材（４３２）が配置されており、前記ハウジングから前記素子保持材、前記端子保持材、前記接触部材及び前記外筒を経由した前記ブッシュへの内側伝熱経路（Ｋ１）の伝熱抵抗値は、前記ハウジングから前記外筒を経由した前記ブッシュへの外側伝熱経路（Ｋ２）の伝熱抵抗値以上である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記素子保持材は、酸化アルミニウムによって構成されており、前記端子保持材は、ステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種によって構成されている、請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記ブッシュ、及び前記ブッシュの前記貫通孔と前記リード線との接触部分の少なくとも一方には、前記ブッシュの放熱を促進する部材又は材料が設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記ブッシュの外側端面（４７２）には、前記ブッシュを構成するゴム材料の熱伝導率に比べて熱伝導率が高い金属材料によって構成された放熱部材（４９）が設けられている、請求項１～３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、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスセンサは、内燃機関の排気管に排気される排ガス等を検出対象ガスとし、検出対象ガスにおける酸素の濃度、特定ガスの濃度、空燃比等を検出するために用いられる。ガスセンサは、検知部を有するセンサ素子、排気管の取付口に取り付けられるハウジング、センサ素子をハウジングに保持するための素子保持材等を備える。また、センサ素子には、接点端子（端子バネ）が接触しており、接点端子に接続されたリード線は、ゴム製のブッシュに保持されている。
【0003】
例えば、特許文献１のガスセンサは、センサ素子、センサ素子を外部に接続するための信号線及び端子金具、センサ素子を収容するハウジング、センサ素子の基端側を覆う筒状のケーシング、信号線を保持してケーシングに支持されたグロメット等を備える。このガスセンサにおいては、端子金具によって、グロメットとセンサ素子との間に断熱空間を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－９９１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ガスセンサにおいては、ブッシュは、リード線を保持するとともにガスセンサの内部への水の浸入を防止するためにゴム材料によって構成される。そのため、ブッシュの耐熱性は、セラミックス材料又は金属材料から構成される他の構成部品の耐熱性に比べて低い。特に、近年の内燃機関の周辺のレイアウトの狭小化、及びガスセンサの小型化の要請を受けて、ガスセンサは、熱が溜まりやすい状況下に置かれる。このことからも、他の構成部品に比べて耐熱性が低いブッシュを熱から保護する必要性が高まる。
【0006】
ガスセンサにおいては、内燃機関から排気される排ガスが流れる排気管からハウジングに熱が伝わり、ハウジングからブッシュに向けて熱が伝導することが分かっている。特許文献１のガスセンサにおいては、断熱空間の形成によって、グロメット（ブッシュ）の底面への熱の伝導は遮断される。しかし、特許文献１のガスセンサにおいては、ハウジングの熱は、ケーシング（外筒）を経由してブッシュに伝導するため、ブッシュを熱から保護するためには更なる工夫が必要とされる。
【0007】
また、積層タイプのセンサ素子を用いる場合には、このセンサ素子をハウジングに保持するための素子保持材、及びセンサ素子に接触する接点端子を保持するための端子保持材が用いられることがある。この場合には、素子保持材及び端子保持材は、強度及び絶縁性を確保することを目的として、アルミナ等のセラミックス材料によって構成される。しかし、発明者らの研究により、素子保持材及び端子保持材の容量は大きく、ハウジングから素子保持材及び端子保持材を経由して、多くの熱がブッシュへ伝導されることが分かった。
【0008】
従って、素子保持材及び端子保持材を備えるガスセンサにおいては、ブッシュをハウジングからの熱の伝導から保護するためには更なる工夫が必要とされる。
【0009】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、ブッシュをハウジングから伝わる熱から適切に保護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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様は、
長尺形状を有し、長手方向（Ｌ）の先端側部位に検知部（２１）が形成されるとともに前記長手方向の基端側部位に端子接続部（２２）が形成されたセンサ素子（２）と、
前記センサ素子を保持するための挿通孔（４２０）を有し、セラミックス材料によって構成された素子保持材（４２）と、
前記素子保持材を保持するためのハウジング孔（４１０）を有し、金属材料によって構成されたハウジング（４１）と、
リード線（４８）が接続され、前記センサ素子の前記端子接続部に接触する接点端子（４４）と、
前記素子保持材に連結され、前記接点端子を保持するための端子保持孔（４３０）を有し、セラミックス材料によって構成された端子保持材（４３）と、
前記リード線を保持するための貫通孔（４７１）を有し、ゴム材料によって構成されたブッシュ（４７）と、
前記ハウジングの外周と前記ブッシュの外周とに装着され、前記端子保持材を覆う、金属材料によって構成された外筒（４６Ａ，４６Ｂ）と、を備え、
前記端子保持材の熱伝導率は、前記素子保持材の熱伝導率よりも小さい、ガスセンサ（１）にある。
長尺形状を有し、長手方向（Ｌ）の先端側部位に検知部（２１）が形成されるとともに前記長手方向の基端側部位に端子接続部（２２）が形成されたセンサ素子（２）と、
前記センサ素子を保持するための挿通孔（４２０）を有し、セラミックス材料によって構成された素子保持材（４２）と、
前記素子保持材を保持するためのハウジング孔（４１０）を有し、金属材料によって構成されたハウジング（４１）と、
リード線（４８）が接続され、前記センサ素子の前記端子接続部に接触する接点端子（４４）と、
前記素子保持材に連結され、前記接点端子を保持するための端子保持孔（４３０）を有し、セラミックス材料によって構成された端子保持材（４３）と、
前記リード線を保持するための貫通孔（４７１）を有し、ゴム材料によって構成されたブッシュ（４７）と、
前記ハウジングの外周と前記ブッシュの外周とに装着され、前記端子保持材を覆う、金属材料によって構成された外筒（４６Ａ，４６Ｂ）と、を備え、
前記端子保持材の熱伝導率は、前記素子保持材の熱伝導率よりも小さい、ガスセンサ（１）にある。
【発明の効果】
【0011】
前記一態様のガスセンサは、センサ素子を保持するための素子保持材、及び素子保持材に連結された端子保持材を備えている。端子保持材の熱伝導率は、素子保持材の熱伝導率よりも小さい。また、センサ素子の先端側部位から端子保持材までの距離は、センサ素子の先端側部位から素子保持材までの距離に比べて長い。そして、ガスセンサの使用時において、端子保持材は素子保持材に比べて加熱されにくく、端子保持材の温度は素子保持材の温度に比べて低い。
【0012】
そのため、端子保持材の耐熱性は、素子保持材の耐熱性よりも低くすることが可能になる。そして、端子保持材は、接点端子との絶縁が確保される限度において、熱伝導率が小さい、換言すれば熱抵抗が大きいセラミックス材料によって構成することが可能になる。こうして、端子保持材を、素子保持材に比べて熱伝導率が小さなセラミックス材料によって構成することにより、ハウジングから、素子保持材及び端子保持材を経由してブッシュに至るまでの熱伝導を適切に弱めることができる。
【0013】
この結果、ハウジングの熱は、素子保持材、端子保持材及び外筒を経由する内側伝熱経路と、外筒を経由する外側伝熱経路とに適切に分散されて、ブッシュまで伝導される。これにより、ブッシュを、ハウジングから伝わる熱から保護することが可能になる。
【0014】
それ故、前記一態様のガスセンサによれば、ブッシュをハウジングから伝わる熱から適切に保護することができる。
【0015】
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
前述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１～図３に示すように、センサ素子２、素子保持材４２、ハウジング４１、接点端子４４、端子保持材４３、ブッシュ４７及び外筒４６Ａ，４６Ｂを備える。センサ素子２は、長尺形状を有している。センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検知部２１が形成されており、センサ素子２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位には、端子接続部２２が形成されている。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１～図３に示すように、センサ素子２、素子保持材４２、ハウジング４１、接点端子４４、端子保持材４３、ブッシュ４７及び外筒４６Ａ，４６Ｂを備える。センサ素子２は、長尺形状を有している。センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検知部２１が形成されており、センサ素子２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位には、端子接続部２２が形成されている。
【0018】
素子保持材４２は、セラミックス材料によって構成されており、センサ素子２を保持するための挿通孔４２０を有している。ハウジング４１は、金属材料によって構成されており、素子保持材４２を保持するためのハウジング孔４１０を有している。接点端子４４は、導電性の金属材料から構成されており、リード線４８が接続されるとともに、センサ素子２の端子接続部２２に接触している。
【0019】
端子保持材４３は、セラミックス材料によって構成されており、素子保持材４２に連結されるとともに、接点端子４４を保持するための端子保持孔４３０を有している。ブッシュ４７は、ゴム材料によって構成されており、リード線４８を保持するための貫通孔４７１を有している。外筒４６Ａ，４６Ｂは、金属材料によって構成されており、ハウジング４１の外周とブッシュ４７の外周とに装着されるとともに、端子保持材４３を覆っている。端子保持材４３の熱伝導率は、素子保持材４２の熱伝導率よりも小さい。
【0020】
以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
（ガスセンサ１）
図１に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスＧを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度、特定ガス濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスＧにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、内燃機関における空燃比を求める空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）として用いることができる。空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。
（ガスセンサ１）
図１に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスＧを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度、特定ガス濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスＧにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、内燃機関における空燃比を求める空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）として用いることができる。空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。
【0021】
排気管７には、排ガスＧ中の有害物質を浄化するための触媒が配置されており、ガスセンサ１は、排気管７における排ガスＧの流れ方向において、触媒の上流側又は下流側のいずれに配置してもよい。また、ガスセンサ１は、排ガスＧを利用して内燃機関が吸入する空気の密度を高める過給機の吸入側の配管に配置してもよい。また、ガスセンサ１を配置する配管は、内燃機関から排気管７に排気される排ガスＧの一部を、内燃機関の吸気管に再循環させる排気再循環機構における配管としてもよい。
【0022】
（センサ素子２）
図４～図６に示すように、本形態のセンサ素子２は、長尺の長方形状に形成されており、固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２、第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ、ガス室３５、大気ダクト３６及び発熱体３４を備える。センサ素子２は、固体電解質体３１に、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。
図４～図６に示すように、本形態のセンサ素子２は、長尺の長方形状に形成されており、固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２、第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ、ガス室３５、大気ダクト３６及び発熱体３４を備える。センサ素子２は、固体電解質体３１に、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。
【0023】
本形態において、センサ素子２の長手方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に延びる方向のことをいう。また、長手方向Ｌに直交し、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとが積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長手方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長手方向Ｌにおいて、排ガスＧに晒される側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を基端側Ｌ２という。ガスセンサ１においても、センサ素子２の長手方向Ｌと同じ方向のことを長手方向Ｌという。
【0024】
（固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２）
図４～図６に示すように、固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸素イオン（Ｏ2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１の第１表面３０１には、排ガスＧに晒される排気電極３１１が設けられており、固体電解質体３１の第２表面３０２には、大気Ａに晒される大気電極３１２が設けられている。排気電極３１１と大気電極３１２とは、センサ素子２の長手方向Ｌの、排ガスＧに晒される先端側Ｌ１の部位において、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、排気電極３１１及び大気電極３１２と、これらの電極３１１，３１２の間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによる検知部２１が形成されている。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層されており、第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２表面３０２に積層されている。
図４～図６に示すように、固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸素イオン（Ｏ2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１の第１表面３０１には、排ガスＧに晒される排気電極３１１が設けられており、固体電解質体３１の第２表面３０２には、大気Ａに晒される大気電極３１２が設けられている。排気電極３１１と大気電極３１２とは、センサ素子２の長手方向Ｌの、排ガスＧに晒される先端側Ｌ１の部位において、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、排気電極３１１及び大気電極３１２と、これらの電極３１１，３１２の間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによる検知部２１が形成されている。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層されており、第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２表面３０２に積層されている。
【0025】
固体電解質体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換される。
【0026】
排気電極３１１及び大気電極３１２は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金、及び固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。図４に示すように、排気電極３１１及び大気電極３１２には、これらの電極３１１，３１２をガスセンサ１の外部と電気接続するための電極リード部３１３が接続されている。電極リード部３１３は、センサ素子２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。電極リード部３１３の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、端子接続部２２が形成されている。
【0027】
（ガス室３５）
図４及び図６に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。
図４及び図６に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。
【0028】
（拡散抵抗部３２）
図４に示すように、本形態の拡散抵抗部（ガス導入部）３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して設けられている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。
図４に示すように、本形態の拡散抵抗部（ガス導入部）３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して設けられている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。
【0029】
（大気ダクト３６）
図４～図６に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれ、大気Ａが導入される大気ダクト３６が隣接して形成されている。大気ダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、大気電極３１２を収容する長手方向Ｌの部位から、センサ素子２の長手方向Ｌにおける基端位置まで形成されている。
図４～図６に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれ、大気Ａが導入される大気ダクト３６が隣接して形成されている。大気ダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、大気電極３１２を収容する長手方向Ｌの部位から、センサ素子２の長手方向Ｌにおける基端位置まで形成されている。
【0030】
（各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図４～図６に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、大気ダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は大気Ａである気体が透過することができない緻密体として形成されている。
図４～図６に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、大気ダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は大気Ａである気体が透過することができない緻密体として形成されている。
【0031】
（発熱体３４）
図４及び図５に示すように、発熱体３４は、大気ダクト３６を形成する第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が排気電極３１１及び大気電極３１２に重なる位置に配置されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料によって構成されている。発熱体リード部３４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、端子接続部２２が形成されている。
図４及び図５に示すように、発熱体３４は、大気ダクト３６を形成する第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が排気電極３１１及び大気電極３１２に重なる位置に配置されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料によって構成されている。発熱体リード部３４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、端子接続部２２が形成されている。
【0032】
（表面保護層３７）
図１に示すように、センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検知部２１を覆う表面保護層３７が形成されている。表面保護層３７は、排ガスＧが通過可能な気孔を有するセラミックス材料としての、互いに結合された複数のセラミックス粒子によって構成されている。
図１に示すように、センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検知部２１を覆う表面保護層３７が形成されている。表面保護層３７は、排ガスＧが通過可能な気孔を有するセラミックス材料としての、互いに結合された複数のセラミックス粒子によって構成されている。
【0033】
（センサ素子２の他の構成）
図示は省略するが、センサ素子２は、１つの固体電解質体３１を有するものに限られず、２つ以上の固体電解質体３１を有するものとしてもよい。固体電解質体３１に設けられる電極３１１，３１２は、排気電極３１１及び大気電極３１２の一対のものだけに限られず、複数組の電極としてもよい。１つ又は複数の固体電解質体３１に複数組の電極が設けられている場合には、発熱体３４の発熱部３４１は、複数組の電極に積層方向Ｄから対向する位置に設けることができる。
図示は省略するが、センサ素子２は、１つの固体電解質体３１を有するものに限られず、２つ以上の固体電解質体３１を有するものとしてもよい。固体電解質体３１に設けられる電極３１１，３１２は、排気電極３１１及び大気電極３１２の一対のものだけに限られず、複数組の電極としてもよい。１つ又は複数の固体電解質体３１に複数組の電極が設けられている場合には、発熱体３４の発熱部３４１は、複数組の電極に積層方向Ｄから対向する位置に設けることができる。
【0034】
（ハウジング４１）
図１に示すように、ハウジング４１は、ガスセンサ１を排気管７の取付口７１に締め付けるために用いられる。ハウジング４１は、最大外径部を構成するフランジ部４１１と、フランジ部４１１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に形成された先端側筒部４１２と、フランジ部４１１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に形成された基端側筒部４１４とを有する。先端側筒部４１２の先端側Ｌ１には、先端縮径部４１３が形成されており、基端側筒部４１４には、かしめ部４１５が形成されている。先端側筒部４１２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の外周には、取付口７１のめねじに締め付けられるおねじが形成されている。
図１に示すように、ハウジング４１は、ガスセンサ１を排気管７の取付口７１に締め付けるために用いられる。ハウジング４１は、最大外径部を構成するフランジ部４１１と、フランジ部４１１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に形成された先端側筒部４１２と、フランジ部４１１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に形成された基端側筒部４１４とを有する。先端側筒部４１２の先端側Ｌ１には、先端縮径部４１３が形成されており、基端側筒部４１４には、かしめ部４１５が形成されている。先端側筒部４１２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の外周には、取付口７１のめねじに締め付けられるおねじが形成されている。
【0035】
（外筒４６Ａ，４６Ｂ）
図１に示すように、外筒（基端側カバー）４６Ａ，４６Ｂは、ガスセンサ１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する配線部を覆って、この配線部を大気Ａ中の水等から保護するためのものである。配線部は、センサ素子２に電気的に繋がる部分としての、接点端子４４、接点端子４４とリード線４８との接続部分（接続金具４４１）等によって構成される。
図１に示すように、外筒（基端側カバー）４６Ａ，４６Ｂは、ガスセンサ１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する配線部を覆って、この配線部を大気Ａ中の水等から保護するためのものである。配線部は、センサ素子２に電気的に繋がる部分としての、接点端子４４、接点端子４４とリード線４８との接続部分（接続金具４４１）等によって構成される。
【0036】
外筒４６Ａ，４６Ｂは、大気Ａ中の水がガスセンサ１内に浸入することを防止する撥水フィルタ４６２を挟持するために、２部品に分かれて形成されている。具体的には、本形態の外筒４６Ａ，４６Ｂは、ハウジング４１の基端側筒部４１４の外周に装着された第１外筒４６Ａと、第１外筒４６Ａの長手方向Ｌの基端側Ｌ２の位置の外周に装着された第２外筒４６Ｂとを有する。第２外筒４６Ｂの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部分は、第１外筒４６Ａの長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の外周に装着されている。
【0037】
第２外筒４６Ｂの長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の内周側には、複数のリード線４８を保持するブッシュ４７が保持されている。撥水フィルタ４６２は、第１外筒４６Ａと第２外筒４６Ｂとの間、及び第２外筒４６Ｂとブッシュ４７との間に挟持されている。
【0038】
第２外筒４６Ｂには、ガスセンサ１の外部から大気Ａを導入するための大気導入孔４６１が形成されている。撥水フィルタ４６２は、第２外筒４６Ｂの内周側から大気導入孔４６１を覆う状態で配置されている。センサ素子２における、大気ダクト３６の基端位置は、外筒４６Ａ，４６Ｂ内の空間に開放されている。第２外筒４６Ｂの大気導入孔４６１の周辺に存在する大気Ａは、外筒４６Ａ，４６Ｂ内が減圧状態になったときに、撥水フィルタ４６２を経由して外筒４６Ａ，４６Ｂ内に取り込まれる。そして、撥水フィルタ４６２を通過した大気Ａは、センサ素子２の大気ダクト３６の基端位置から大気ダクト３６内に流れ、大気ダクト３６内の大気電極３１２へと導かれる。
【0039】
（素子保持材４２）
図１に示すように、素子保持材４２は、ハウジング４１の中心部を長手方向Ｌに貫通するハウジング孔４１０内に配置されている。素子保持材４２は、第１碍子とも呼ばれ、絶縁性のセラミックス材料によって構成されている。素子保持材４２の中心部には、センサ素子２を挿通させるために、長手方向Ｌに貫通する挿通孔４２０が形成されている。挿通孔４２０における長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、センサ素子２を固定するためのガラス粉末４２２が配置される固定用凹部４２１が形成されている。センサ素子２は、素子保持材４２の挿通孔４２０に挿通された状態で、固定用凹部４２１に配置されたガラス粉末４２２によって素子保持材４２に固定されている。
図１に示すように、素子保持材４２は、ハウジング４１の中心部を長手方向Ｌに貫通するハウジング孔４１０内に配置されている。素子保持材４２は、第１碍子とも呼ばれ、絶縁性のセラミックス材料によって構成されている。素子保持材４２の中心部には、センサ素子２を挿通させるために、長手方向Ｌに貫通する挿通孔４２０が形成されている。挿通孔４２０における長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部には、センサ素子２を固定するためのガラス粉末４２２が配置される固定用凹部４２１が形成されている。センサ素子２は、素子保持材４２の挿通孔４２０に挿通された状態で、固定用凹部４２１に配置されたガラス粉末４２２によって素子保持材４２に固定されている。
【0040】
素子保持材４２の外周には、素子保持材４２における最大外径部を形成する突起部４２３が形成されている。素子保持材４２がハウジング４１のハウジング孔４１０に配置された状態において、ハウジング孔４１０における、突起部４２３の長手方向Ｌの先端側Ｌ１には、シール材４２４が配置され、ハウジング孔４１０における、突起部４２３よりも長手方向Ｌの基端側Ｌ２の位置には、かしめ用材料４２５，４２６，４２７が配置されている。かしめ用材料４２５，４２６，４２７は、粉末シール材４２５、筒状体４２６及びかしめ材４２７によって構成されている。ハウジング４１の基端側筒部４１４のかしめ部４１５が径方向Ｒの内周側に屈曲されることによって、シール材４２４及びかしめ用材料４２５，４２６，４２７を介して、ハウジング４１のハウジング孔４１０内に素子保持材４２がかしめ固定されている。
【0041】
（端子保持材４３）
図１に示すように、端子保持材４３は、素子保持材４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に配置され、接点端子４４を保持するものである。端子保持材４３は、第２碍子とも呼ばれ、絶縁性のセラミックス材料によって構成されている。端子保持材４３の中心部には、センサ素子２が挿通される端子保持孔４３０が長手方向Ｌに貫通して形成されている。端子保持材４３における、端子保持孔４３０に連通する位置には、接点端子４４を配置するための溝部４３１が形成されている。端子保持材４３は、第１外筒４６Ａの径方向Ｒの内周側に配置されている。
図１に示すように、端子保持材４３は、素子保持材４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に配置され、接点端子４４を保持するものである。端子保持材４３は、第２碍子とも呼ばれ、絶縁性のセラミックス材料によって構成されている。端子保持材４３の中心部には、センサ素子２が挿通される端子保持孔４３０が長手方向Ｌに貫通して形成されている。端子保持材４３における、端子保持孔４３０に連通する位置には、接点端子４４を配置するための溝部４３１が形成されている。端子保持材４３は、第１外筒４６Ａの径方向Ｒの内周側に配置されている。
【0042】
（接触部材４３２）
図１及び図２に示すように、端子保持材４３と第１外筒４６Ａとの間には、第１外筒４６Ａによって端子保持材４３を素子保持材４２に押さえ付けるための接触部材４３２が配置されている。端子保持材４３は、第１外筒４６Ａによって接触部材４３２を介して素子保持材４２に押圧されている。接触部材４３２は、長手方向Ｌに弾性変形可能な板バネによって構成されている。板バネは、中心部に穴が形成された中空円板形状に形成されている。接触部材４３２は、第１外筒４６Ａにおける、先端側Ｌ１の部分に対して縮径する基端側Ｌ２の部分による段差部に係止される。
図１及び図２に示すように、端子保持材４３と第１外筒４６Ａとの間には、第１外筒４６Ａによって端子保持材４３を素子保持材４２に押さえ付けるための接触部材４３２が配置されている。端子保持材４３は、第１外筒４６Ａによって接触部材４３２を介して素子保持材４２に押圧されている。接触部材４３２は、長手方向Ｌに弾性変形可能な板バネによって構成されている。板バネは、中心部に穴が形成された中空円板形状に形成されている。接触部材４３２は、第１外筒４６Ａにおける、先端側Ｌ１の部分に対して縮径する基端側Ｌ２の部分による段差部に係止される。
【0043】
（接点端子４４）
図１に示すように、接点端子（端子バネ）４４は、センサ素子２における、端子接続部２２としての電極リード部３１３の基端部、及び端子接続部２２としての発熱体リード部３４２の基端部に接触し、電極リード部３１３及び発熱体リード部３４２をリード線４８に電気的に接続するものである。本形態の接点端子４４は、２つの電極リード部３１３の基端部とリード線４８とを接続するものと、２つの発熱体リード部３４２の基端部とリード線４８とを接続するものとの４つがある。
図１に示すように、接点端子（端子バネ）４４は、センサ素子２における、端子接続部２２としての電極リード部３１３の基端部、及び端子接続部２２としての発熱体リード部３４２の基端部に接触し、電極リード部３１３及び発熱体リード部３４２をリード線４８に電気的に接続するものである。本形態の接点端子４４は、２つの電極リード部３１３の基端部とリード線４８とを接続するものと、２つの発熱体リード部３４２の基端部とリード線４８とを接続するものとの４つがある。
【0044】
接点端子４４は、端子保持材４３の溝部４３１に配置されている。接点端子４４は、接続金具４４１を介してリード線４８に接続されている。接点端子４４は、弾性変形の復元力を作用させて、センサ素子２における、電極リード部３１３の基端部及び発熱体リード部３４２の基端部に接触している。
【0045】
（ブッシュ４７及びリード線４８）
図１に示すように、ブッシュ（封止部材）４７は、第２外筒４６Ｂの内周側に配置されて、複数のリード線４８を、シールを行って保持するものである。ブッシュ４７は、シール材としての機能を有するために、弾性変形可能なゴム材料によって構成されている。ブッシュ４７には、リード線４８が挿通された貫通孔４７１が形成されている。ブッシュ４７に第２外筒４６Ｂがかしめられることにより、各リード線４８と各貫通孔４７１との間、及びブッシュ４７と第２外筒４６Ｂとの間の各隙間がシールされる。リード線４８は、各接点端子４４を、ガスセンサ１の外部のセンサ制御装置６に接続するためのものである。リード線４８は、内部の導体が被覆層によって被覆されたものである。
図１に示すように、ブッシュ（封止部材）４７は、第２外筒４６Ｂの内周側に配置されて、複数のリード線４８を、シールを行って保持するものである。ブッシュ４７は、シール材としての機能を有するために、弾性変形可能なゴム材料によって構成されている。ブッシュ４７には、リード線４８が挿通された貫通孔４７１が形成されている。ブッシュ４７に第２外筒４６Ｂがかしめられることにより、各リード線４８と各貫通孔４７１との間、及びブッシュ４７と第２外筒４６Ｂとの間の各隙間がシールされる。リード線４８は、各接点端子４４を、ガスセンサ１の外部のセンサ制御装置６に接続するためのものである。リード線４８は、内部の導体が被覆層によって被覆されたものである。
【0046】
（保護カバー４５Ａ，４５Ｂ）
図１に示すように、保護カバー（先端側カバー）４５Ａ，４５Ｂは、ハウジング４１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の端面から先端側Ｌ１へ突出する、センサ素子２の検知部２１を覆うものである。保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、ハウジング４１の先端側筒部４１２に形成された先端縮径部４１３の外周に装着されている。本形態の保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、第１保護カバー４５Ａと、第１保護カバー４５Ａを覆う第２保護カバー４５Ｂとの二重構造を有している。第１保護カバー４５Ａ及び第２保護カバー４５Ｂには、排ガスＧが流通可能なガス流通孔４５１が形成されている。
図１に示すように、保護カバー（先端側カバー）４５Ａ，４５Ｂは、ハウジング４１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の端面から先端側Ｌ１へ突出する、センサ素子２の検知部２１を覆うものである。保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、ハウジング４１の先端側筒部４１２に形成された先端縮径部４１３の外周に装着されている。本形態の保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、第１保護カバー４５Ａと、第１保護カバー４５Ａを覆う第２保護カバー４５Ｂとの二重構造を有している。第１保護カバー４５Ａ及び第２保護カバー４５Ｂには、排ガスＧが流通可能なガス流通孔４５１が形成されている。
【0047】
センサ素子２の検知部２１及び保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、内燃機関の排気管７内に配置される。排気管７内を流れる排ガスＧの一部は、保護カバー４５Ａ，４５Ｂのガス流通孔４５１から保護カバー４５Ａ，４５Ｂ内に流入する。そして、保護カバー４５Ａ，４５Ｂ内の排ガスＧは、センサ素子２の表面保護層３７及び拡散抵抗部３２を通過して排気電極３１１へと導かれる。なお、保護カバー４５Ａ，４５Ｂは、ガス流通孔４５１が形成された一重構造のものとしてもよい。
【0048】
（センサ制御装置６）
図１に示すように、ガスセンサ１におけるリード線４８は、ガスセンサ１におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置６に電気接続される。センサ制御装置６は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置６には、図４に示すように、排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を測定する電流測定回路６１、排気電極３１１と大気電極３１２との間に電圧を印加する電圧印加回路６２、発熱体３４に通電を行うための通電回路等が形成されている。なお、センサ制御装置６は、エンジン制御装置内に構築してもよい。
図１に示すように、ガスセンサ１におけるリード線４８は、ガスセンサ１におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置６に電気接続される。センサ制御装置６は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置６には、図４に示すように、排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を測定する電流測定回路６１、排気電極３１１と大気電極３１２との間に電圧を印加する電圧印加回路６２、発熱体３４に通電を行うための通電回路等が形成されている。なお、センサ制御装置６は、エンジン制御装置内に構築してもよい。
【0049】
（他のガスセンサ１）
ガスセンサ１は、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の特定ガス成分の濃度を検出するものとしてもよい。ＮＯｘセンサにおいては、固体電解質体３１における、排気電極３１１に接触する排ガスＧの流れの上流側に、電圧の印加によって大気電極３１２へ酸素をポンピングするポンプ電極が配置される。大気電極３１２は、ポンプ電極に対して固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置にも形成される。
ガスセンサ１は、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の特定ガス成分の濃度を検出するものとしてもよい。ＮＯｘセンサにおいては、固体電解質体３１における、排気電極３１１に接触する排ガスＧの流れの上流側に、電圧の印加によって大気電極３１２へ酸素をポンピングするポンプ電極が配置される。大気電極３１２は、ポンプ電極に対して固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置にも形成される。
【0050】
（ガスセンサ１における熱伝導）
素子保持材４２は、セラミックス材料としての金属酸化物である酸化アルミニウム（アルミナ）によって構成されている。本形態の素子保持材４２を構成する酸化アルミニウムの熱伝導率は、３２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。端子保持材４３は、セラミックス材料としての金属酸化物であるステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種によって構成されている。本形態の端子保持材４３を構成するステアタイトの熱伝導率は、２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。本形態の端子保持材４３を構成するムライト、コージライト及びフォルステライトの熱伝導率は、５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。
素子保持材４２は、セラミックス材料としての金属酸化物である酸化アルミニウム（アルミナ）によって構成されている。本形態の素子保持材４２を構成する酸化アルミニウムの熱伝導率は、３２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。端子保持材４３は、セラミックス材料としての金属酸化物であるステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種によって構成されている。本形態の端子保持材４３を構成するステアタイトの熱伝導率は、２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。本形態の端子保持材４３を構成するムライト、コージライト及びフォルステライトの熱伝導率は、５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。
【0051】
図１に示すように、端子保持材４３の熱伝導率は素子保持材４２の熱伝導率に比べて小さく、ガスセンサ１においては、端子保持材４３を熱が伝導しにくい状態が形成されている。そして、この状態の形成により、ハウジング４１の熱が端子保持材４３を経由してブッシュ４７へ伝わりにくくしている。ハウジング４１は、排ガスＧによって加熱される排気管７に接触しており、排ガスＧの熱によって９００～１０００［℃］程度の高温に加熱される。そして、ハウジング４１の熱は、外筒４６Ａ，４６Ｂ、素子保持材４２、端子保持材４３等を長手方向Ｌの基端側Ｌ２へ伝わってブッシュ４７へと放熱される。
【0052】
図２に示すように、ハウジング４１からブッシュ４７への伝熱経路は、素子保持材４２、かしめ用材料４２５，４２６，４２７、端子保持材４３、接触部材４３２及び外筒４６Ａ，４６Ｂを経由する内側伝熱経路Ｋ１と、外筒４６Ａ，４６Ｂを経由する外側伝熱経路Ｋ２との２つに分けられる。そして、内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値を外側伝熱経路Ｋ２の伝熱抵抗値と同じにする、又は内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値を外側伝熱経路Ｋ２の伝熱抵抗値よりも大きくすることにより、ハウジング４１の熱が内側伝熱経路Ｋ１及び外側伝熱経路Ｋ２を経由してブッシュ４７まで伝導されにくくしている。
【0053】
伝熱抵抗値Ｒ［Ｋ／Ｗ］は、伝熱長さをｘ［ｍ］、伝熱断面積をｄ［ｍ2］、熱伝導率をα［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］としたとき、Ｒ＝ｘ／（ｄ・α）の式によって表される。伝熱抵抗値は、内側伝熱経路Ｋ１と外側伝熱経路Ｋ２とに分けて示す。伝熱長さｘは、ハウジング４１の熱がブッシュ４７に伝導するまでの平均距離のことを示す。伝熱断面積ｄは、ハウジング４１の熱がブッシュ４７に伝導するときの断面積のことを示す。熱伝導率αは、ハウジング４１の熱がブッシュ４７に伝導するときに経由する各部材の熱伝導率のことを示す。
【0054】
図１及び図２に示すように、内側伝熱経路Ｋ１と外側伝熱経路Ｋ２との違いは、ハウジング４１から接触部材４３２の配置位置までの経路の違いとして示される。接触部材４３２の配置位置からブッシュ４７までの伝熱経路は、内側伝熱経路Ｋ１及び外側伝熱経路Ｋ２のいずれについても、外筒４６Ａ，４６Ｂの同じ部分を経由する経路となる。そのため、本形態においては、内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値及び外側伝熱経路Ｋ２の伝熱抵抗値は、ハウジング４１から接触部材４３２の配置位置までの経路の伝熱抵抗値として示す。
【0055】
具体的には、本形態の内側伝熱経路Ｋ１は、ハウジング４１と素子保持材４２及びかしめ用材料４２５，４２６，４２７との接触位置から、かしめ用材料４２５，４２６，４２７、素子保持材４２、端子保持材４３を経由して接触部材４３２までとする。また、本形態の外側伝熱経路Ｋ２は、ハウジング４１と外筒４６Ａ，４６Ｂとの接触位置から、外筒４６Ａ，４６Ｂにおける、接触部材４３２との接触位置までとする。
【0056】
本形態の内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値Ｒは、素子保持材４２に酸化アルミニウムを用いるとともに端子保持材４３にステアタイトを用いた場合について、素子保持材４２の形状、端子保持材４３の形状、かしめ用材料４２５，４２６，４２７の種類を適宜変化させたときの３種類の値とした。本形態の３種類の内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値Ｒは、シミュレーションを行った値として、発明品１が０．２６［Ｋ／Ｗ］、発明品２が０．４５［Ｋ／Ｗ］、発明品３が０．７４［Ｋ／Ｗ］となった。また、比較品として、素子保持材４２及び端子保持材４３に酸化アルミニウムを用いた場合の内側伝熱経路Ｋ１の伝熱抵抗値Ｒは、シミュレーションを行った値として、０．０５［Ｋ／Ｗ］となった。
【0057】
一方、本形態の外側伝熱経路Ｋ２の伝熱抵抗値Ｒは、外筒４６Ａ，４６Ｂにステンレス鋼を用いた場合についての値とした。本形態の外側伝熱経路Ｋ２の伝熱抵抗値Ｒは、シミュレーションを行った値として、０．２６［Ｋ／Ｗ］となった。ハウジング４１の温度を９００［℃］としたときの発明品１～３及び比較品についてのブッシュ４７の温度についてシミュレーションを行った。その結果、比較品のブッシュ４７の温度は２５０［℃］となった。一方、発明品１のブッシュ４７の温度は２４５［℃］、発明品２のブッシュ４７の温度は２１０［℃］、発明品３のブッシュ４７の温度は１９０［℃］となった。
【0058】
表１には、発明品１～３及び比較品について、ブッシュ４７の温度のシミュレーションを行った結果を示す。
【表1】
【0059】
これらの結果より、発明品１～３によれば、ガスセンサ１の使用時において、ブッシュ４７の温度をより低く保ち、比較品としての従来のガスセンサに比べて、ブッシュ４７をハウジング４１から伝わる熱から保護できることが分かった。また、発明品１～３によれば、内側伝熱経路Ｋ１における熱伝導と外側伝熱経路Ｋ２における熱伝導とのバランスを図ることができる。
【0060】
ハウジング４１と素子保持材４２及びかしめ用材料４２５，４２６，４２７との接触位置から、かしめ用材料４２５，４２６，４２７、素子保持材４２及び端子保持材４３を経由して接触部材４３２までの内側伝熱経路Ｋ１の熱抵抗値は、０．２６～５［Ｋ／Ｗ］の範囲内にある。この内側伝熱経路Ｋ１の熱抵抗値が０．２６［Ｋ／Ｗ］未満である場合には、内側伝熱経路Ｋ１における熱伝導の割合が大きく、内側伝熱経路Ｋ１における熱伝導と外側伝熱経路Ｋ２における熱伝導とのバランスが悪くなるおそれがある。
【0061】
一方、この内側伝熱経路Ｋ１の熱抵抗値が５［Ｋ／Ｗ］超過である場合には、外側伝熱経路Ｋ２における熱伝導の割合が大きく、内側伝熱経路Ｋ１における熱伝導と外側伝熱経路Ｋ２における熱伝導とのバランスが悪くなるおそれがある。また、内側伝熱経路Ｋ１の熱抵抗値が５［Ｋ／Ｗ］超過である場合には、外側伝熱経路Ｋ２における熱伝導によってブッシュ４７が高温に加熱されるとともに、外筒４６Ａ，４６Ｂ内に熱がこもって、接点端子４４とセンサ素子２との間に接触不良が生じるおそれがある。
【0062】
ガスセンサ１の設計仕様の観点より、ハウジング４１と素子保持材４２及びかしめ用材料４２５，４２６，４２７との接触位置から接触部材４３２までの内側伝熱経路Ｋ１の熱抵抗値は、０．２６～０．７４［Ｋ／Ｗ］の範囲内にすることが好ましい。
【0063】
端子保持材４３は、接点端子４４を絶縁する機能を確保するためには、常温（２０℃±５℃）における絶縁抵抗としての体積抵抗率が１０13［Ω・ｃｍ］以上であることが好ましい。端子保持材４３の体積抵抗率が１０13［Ω・ｃｍ］未満になると、接点端子４４の絶縁不良によって、ガスセンサ１の出力にノイズが生じるおそれがある。
【0064】
酸化アルミニウム、ステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトの体積抵抗率は、１０14［Ω・ｃｍ］以上である。端子保持材４３に、ステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種を用いる場合でも、酸化アルミニウムを用いる場合と同等の絶縁抵抗を確保することができる。
【0065】
（作用効果）
本形態のガスセンサ１は、センサ素子２を保持するための素子保持材４２、及び素子保持材４２に連結された端子保持材４３を備えている。端子保持材４３の熱伝導率は、素子保持材４２の熱伝導率よりも小さい。また、センサ素子２の先端側Ｌ１の部位から端子保持材４３までの距離は、センサ素子２の先端側Ｌ１の部位から素子保持材４２までの距離に比べて長い。そして、ガスセンサ１の使用時において、端子保持材４３は素子保持材４２に比べて加熱されにくく、端子保持材４３の温度は素子保持材４２の温度に比べて低い。
本形態のガスセンサ１は、センサ素子２を保持するための素子保持材４２、及び素子保持材４２に連結された端子保持材４３を備えている。端子保持材４３の熱伝導率は、素子保持材４２の熱伝導率よりも小さい。また、センサ素子２の先端側Ｌ１の部位から端子保持材４３までの距離は、センサ素子２の先端側Ｌ１の部位から素子保持材４２までの距離に比べて長い。そして、ガスセンサ１の使用時において、端子保持材４３は素子保持材４２に比べて加熱されにくく、端子保持材４３の温度は素子保持材４２の温度に比べて低い。
【0066】
そのため、端子保持材４３の耐熱性は、素子保持材４２の耐熱性よりも低くすることが可能になる。そして、端子保持材４３は、接点端子４４との絶縁が確保される限度において、熱伝導率が小さい、換言すれば熱抵抗が大きいセラミックス材料によって構成することが可能になる。本形態においては、端子保持材４３を、酸化アルミニウムからステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種に変更することにより、端子保持材４３の耐熱性は若干低下すると考えられる。
【0067】
ただし、端子保持材４３にステアタイト、ムライト、コージライト及びフォルステライトのうちの少なくとも一種を使用することにより、端子保持材４３の熱伝導率を効果的に低下させることができる。こうして、端子保持材４３を、素子保持材４２に比べて熱伝導率が小さなセラミックス材料によって構成することにより、ハウジング４１から、素子保持材４２及び端子保持材４３を経由してブッシュ４７に至るまでの内側伝熱経路Ｋ１の熱伝導を適切に弱めることができる。
【0068】
この結果、ハウジング４１の熱は、素子保持材４２、端子保持材４３及び外筒４６Ａ，４６Ｂを経由する内側伝熱経路Ｋ１と、外筒４６Ａ，４６Ｂを経由する外側伝熱経路Ｋ２とに適切に分散されて、ブッシュ４７まで伝導される。これにより、ブッシュ４７を、ハウジング４１から伝わる熱から保護することが可能になる。
【0069】
特に、近年のハイブリッド車両等においては、エンジンの周辺のスペースが狭小化する傾向にある。この傾向に伴い、ガスセンサ１を小型化する要求がある。そして、ガスセンサ１を小型化するためには、ガスセンサ１を構成する部品のうちの耐熱性が最も低いブッシュ４７の温度上昇をいかに抑えるかということが課題となる。本形態においては、特に素子保持材４２に使用する材料を工夫することにより、ブッシュ４７の温度上昇を少なくすることができる。
【0070】
それ故、本形態のガスセンサ１によれば、ブッシュ４７をハウジング４１から伝わる熱から適切に保護することができる。
【0071】
＜実施形態２＞
本形態は、ブッシュ４７に蓄えられる熱を、ガスセンサ１の外部へ逃がすための工夫をした例を示す。
具体的には、図７に示すように、ブッシュ４７の外側端面４７２には、ブッシュ４７を構成するゴム材料の熱伝導率に比べて熱伝導率が高い金属材料によって構成された放熱部材４９を設けてもよい。放熱部材４９は、ブッシュ４７の外側端面４７２に接触する板部材とすればよい。ブッシュ４７の外側端面４７２とは、ブッシュ４７における、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する端面のことをいう。放熱部材４９は、板形状以外の種々の形状に形成されていてもよい。
本形態は、ブッシュ４７に蓄えられる熱を、ガスセンサ１の外部へ逃がすための工夫をした例を示す。
具体的には、図７に示すように、ブッシュ４７の外側端面４７２には、ブッシュ４７を構成するゴム材料の熱伝導率に比べて熱伝導率が高い金属材料によって構成された放熱部材４９を設けてもよい。放熱部材４９は、ブッシュ４７の外側端面４７２に接触する板部材とすればよい。ブッシュ４７の外側端面４７２とは、ブッシュ４７における、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する端面のことをいう。放熱部材４９は、板形状以外の種々の形状に形成されていてもよい。
【0072】
放熱部材４９には、リード線４８が貫通する貫通穴４９１が形成されている。放熱部材４９は、種々の方法によってブッシュ４７の外側端面４７２に接触する状態が維持される。例えば、第２外筒４６Ｂの長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部のかしめ固定によって、放熱部材４９がブッシュ４７の外側端面４７２に接触する状態を維持してもよい。
【0073】
放熱部材４９は、アルミニウム、アルミニウム合金等から構成してもよい。また、放熱部材４９には、放熱性を高めるための複数のフィンが形成されていてもよい。アルミニウムから構成された放熱部材４９を用いる場合には、放熱部材４９を用いない場合に比べて、ブッシュの温度を１０［℃］程度低減できることが分かった。また、アルミニウムから構成され、複数のフィンが形成された放熱部材４９を用いる場合には、放熱部材４９を用いない場合に比べて、ブッシュの温度を１５［℃］程度低減できることが分かった。
【0074】
放熱部材４９を用いることにより、ハウジング４１からブッシュ４７に伝わる熱をガスセンサ１の外部へ効果的に逃がすことができる。これによっても、ブッシュ４７をハウジング４１から伝わる熱から適切に保護することができる。
【0075】
ブッシュ４７には、ブッシュ４７の放熱を促進するためのコーティング材料が設けられていてもよい。コーティング材料は、樹脂材料による放熱塗料、又は放熱用コーティング剤としてもよい。図７に示すように、コーティング材料は、ブッシュ４７の外側端面４７２、及びブッシュ４７の貫通孔４７１のうちの少なくともいずれかに設けてもよい。また、コーティング材料は、リード線４８における、ブッシュ４７の貫通孔４７１との接触部分に設けてもよい。
【0076】
コーティング材料は、放熱部材４９と併用してもよい。例えば、ブッシュ４７の外側端面４７２にコーティング材料を設けるとともに、コーティング材料を介してブッシュ４７の外側端面４７２に放熱部材４９を配置してもよい。
【0077】
ブッシュ４７の貫通孔４７１にコーティング材料が設けられた場合には、ブッシュ４７の貫通孔４７１にはコーティング材料を介してリード線４８が接触する。この場合には、ブッシュ４７からリード線４８への放熱性が向上する。リード線４８における、ブッシュ４７の貫通孔４７１との接触部分にコーティング材料が設けられている場合にも、同様の効果が得られる。
【0078】
本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。
【0079】
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【0080】
１ ガスセンサ
２ センサ素子
４１ ハウジング
４２ 素子保持材
４３ 端子保持材
４４ 接点端子
４６Ａ，４６Ｂ 外筒
４７ ブッシュ
２ センサ素子
４１ ハウジング
４２ 素子保持材
４３ 端子保持材
４４ 接点端子
４６Ａ，４６Ｂ 外筒
４７ ブッシュ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】