JP5057584B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス等の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関する。

従来より、排気ガス等の被測定ガス中の特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサとしては、例えば特許文献１に示されるように、ガスセンサの下部に検出素子が設けられており、さらに、ガスセンサの上部に設けられたシール部材の中央を軸方向に貫通するように貫通孔が形成され、さらに、貫通孔を閉塞するように通気フィルタが設けられた構成を有するものがある。この通気フィルタは、ガスセンサ内部に外気を導入すると共に、ガスセンサが被水してもガスセンサ内部に水が導入されないように、通気性及び撥水性を有している。このガスセンサでは、シート状の通気フィルタを筒状部材に被せた状態で、貫通孔に挿入し、これら筒状部材の外周面と貫通孔の内周面との間に挟持する態様で前記貫通孔内に固定することにより貫通孔を閉塞し、その通気性と防水性を保持している。
特開２０００−２１９６７８号公報

しかしながら、特許文献１のような酸素センサは、通気フィルタの材料としてＰＴＦＥ、フッ素系樹脂等を用いており、外部からの衝撃に弱く、外力により損傷し、通気フィルタに穴が空くおそれがある。その結果、外部よりガスセンサの内部に水分が浸入した場合には、酸素濃度検出出力の低下や、検出素子に被水割れ等が生じ、ガスセンサの故障の原因となる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、通気フィルタの通気性、撥水性を維持しつつ、高強度の通気フィルタを備えたガスセンサを提供するものである。

そこで、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子と、該検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて被測定ガスに晒すと共に、該検出素子の周囲を取り囲むケーシングと、前記検出素子よりも後方側で且つ該ケーシングの後端側内部に配置され、軸線方向に貫通する貫通孔が形成されたシール部材とを備えるガスセンサにおいて、
前記ケーシングに形成され、前記シール部材を保持するための加締め部と、前記加締め部に対向するように前記貫通孔の内周面に接触する筒状部材と、前記筒状部材の後端側であり、且つ前記加締め部よりも後方側に接合されると共に、少なくとも該貫通孔を閉塞し、通気性及び撥水性を有する金属フィルタ又はセラミックスフィルタと、を備えることを特徴とする。

金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、従来の樹脂フィルタと比較して高強度であり、外力による損傷を低減することが出来る。この金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、多孔質材料であり、通気性を有している。さらに、金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、表面及び内部に撥水処理（例えばフッ素系樹脂によるコーティング）を行うことで、撥水性を有している。

さらに、この金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、貫通孔の内周面に接触する筒状部材に接合されているので、金属フィルタまたはセラミックスフィルタを貫通孔内に容易に配置することができる。

そして、金属フィルタまたはセラミックスフィルタを筒状部材の先端側に取り付ける場合には、金属フィルタまたはセラミックスフィルタと筒状部材の内周面との空隙に水がたまって通気性を低下させ、更にはガスセンサ内部へ水分が侵入し、検出素子が破損する恐れがある。しかしながら、筒状部材の後端側に金属フィルタまたはセラミックスフィルタを取り付けることで、金属フィルタまたはセラミックスフィルタと筒状部材の内周面との空隙が少なくなり、ガスセンサ内部へ水分が浸入し、検出素子を破損することを抑制できる。

なお、接合の方法は、例えば金属フィルタと金属である筒状部材を接合する時は、溶接、同時焼成、半田付けやロウ付けを行い、例えばセラミックスフィルタと金属である筒状部材を接合する時や金属フィルタとセラミックスである筒状部材を接合する時は、ロウ付けを行うことが好ましい。

さらに、この筒状部材は、ケーシングに形成され、シール部材を保持するための加締め部に対向するように配置されている。このように、ケーシングにてシール部材を加締め固定する場合に、その加締めを用いて筒状部材を保持することで、圧入や接着等を用いて筒状部材をシール部材の貫通孔内に保持する必要がない。

そして、筒状部材をケーシングの加締めによって固定する場合、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが、加締め部よりも後方側に配置されている。これにより、ケーシングにてシール部材を加締め固定したとき、金属フィルタまたはセラミックスフィルタにシール部材の圧縮力の影響を受けにくく、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが変形することを抑制できる。

つまり、本発明のガスセンサは、外部からの衝撃によりフィルタが損傷することや、加締めによりフィルタが変形することを抑制でき、その結果、外部より貫通孔を通ってガスセンサの内部に水分が侵入することがなくなり、酸素濃度検出出力の低下や、検出素子に被水割れ等が生じることを抑制できる。

なお、筒状部材をシール部材内で加締め固定する場合は、シール部材がケーシングの加締めにより変形する変形量よりも変形しにくい筒状部材を配置することが良い。これにより、ケーシングにてシール部材を加締め固定したとき、加締め固定に対応するシール部材の部位が内側に向かって圧縮変形しても、筒状部材がシール部材の圧縮力を受け止め、筒状部材を閉塞するように設けられたフィルタ部が極度に変形することを抑制できる。よって、フィルタ部の通気性が低下することを防止し、ガスセンサの検出精度の低下を防止できる。なお、筒状部材は、例えば、金属やセラミックから形成されていれば良い。

さらに、筒状部材の外周面には、筒状部材が軸方向に沿って移動するのを規制する規制部を設けると良い。このようにすると、筒状部材とシール部材との位置ずれを抑制できる。

さらに、本発明のガスセンサは、前記金属フィルタまたは前記セラミックスフィルタがシート状であることが好ましい。このように金属フィルタまたはセラミックスフィルタがシート状であることで、外力による損傷を抑制しつつ、棒状の金属フィルタまたはセラミックスフィルタに比べて良好な通気性を確保することができる。

また、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子と、該検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて被測定ガスに晒すと共に、該検出素子の周囲を取り囲むケーシングと、前記検出素子よりも後方側で且つ該ケーシングの後端側内部に配置され、一方の外表面から他方の外表面に向かって貫通する貫通孔が形成されたシール部材とを備えるガスセンサにおいて、前記ケーシングに形成され、前記シール部材を保持するための加締め部と、前記加締め部に対向する前記貫通孔の内周面に接触すると共に、少なくとも該貫通孔を閉塞し、通気性及び撥水性を有する金属フィルタ又はセラミックスフィルタと、を備え、前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記加締め部の変形量の１％以上５０％以下変形されてなることを特徴とする。

金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、従来の樹脂フィルタと比較して高強度であり、外力による損傷を低減することが出来る。この金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、多孔質材料であり、通気性を有している。さらに、金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、表面及び内部に撥水処理（例えばフッ素系樹脂によるコーティング）を行うことで、撥水性を有している。

さらに、この金属フィルタまたはセラミックスフィルタは、ケーシングに形成されたシール部材を保持するための加締め部に対向するように貫通孔内に配置されている。このように、ケーシングにてシール部材を加締め固定する場合に、その加締めを用いて金属フィルタまたはセラミックスフィルタを保持することで、圧入や接着等を用いて金属フィルタまたはセラミックスフィルタをシール部材の貫通孔内に保持する必要がない。

そして、ケーシングの加締めを用いて金属フィルタまたはセラミックスフィルタを保持する場合、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが加締め部の変形量の１％以上５０％以下変形されてなる。これにより、ケーシングにてシール部材を加締め固定したとき、金属フィルタまたはセラミックスフィルタにシール部材の圧縮力の影響を最小限に抑制でき、金属フィルタまたはセラミックスフィルタの通気性が十分に確保できる。なお、５０％を越えると、金属フィルタまたはセラミックスフィルタの通気性が低下することがある。また、１％未満であると、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが加締めによってシール部材に固定できないことがある。この「加締め部の変形量」とは、ケーシングの加締め前と加締め後の変形距離（最大距離）のことを指す。具体的には、加締め前後でケーシングに変形が生じない部位（加締め部の加締め前と同径の部位）と加締め部との径方向距離を計測することで変形距離を得ることができる。また金属フィルタまたはセラミックスフィルタの変形量は、金属フィルタ又はセラミックスフィルタの加締め前と加締め後の変形距離（最大距離）のことを指す。具体的には、上記と同様に、加締め前後でフィルタに変形が生じない部位（加締め部の加締め前と同径の部位）とフィルタに変形が生じた部位との径方向距離を計測することで変形距離を得ることができる。

つまり、本発明のガスセンサは、外部からの衝撃によりフィルタが損傷することを抑制でき、その結果、外部より貫通孔を通ってガスセンサの内部に水分が侵入することがなくなり、さらには、フィルタの通気性を維持することで、酸素濃度検出出力の低下や、検出素子に被水割れ等が生じることを抑制できる。

さらに、本発明のガスセンサは、前記貫通孔が前記シール部材の先端外表面から後端外表面に向かって軸線方向に延び、前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記貫通孔を閉塞する閉塞部と、該閉塞部と連結し、前記貫通孔の内周面に接触する筒状部とを有することが好ましい。これにより、通気性と撥水性を有する閉塞部と、加締め部によって保持される筒状部との役割を分離した金属フィルタ及びセラミックスフィルタを設けることができる。なお、閉塞部と筒状部とは接合されて連結されていても良いが、閉塞部と筒状部とが一体に成形されることで、組立部品の数が削減され、組立コストを減らすことができるため、好ましい。

さらに、本発明のガスセンサは、前記貫通孔が前記シール部材の先端外表面から後端外表面に向かって軸線方向に延び、前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記貫通孔に充填されると共に、前記貫通孔を閉塞する棒状形状を有することが好ましい。これにより、金属フィルタまたはセラミックスフィルタを強固に作成でき、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが加締めによって変形しにくくなる。

さらに、本発明のガスセンサは、前記貫通孔が前記シール部材の先端外表面から軸線方向後端側に向かって延びる軸線方向連通孔と、前記シール部材の外側面から前記軸線方向連通孔まで延びる径方向連通孔と、により、前記シール部材の先端外表面から前記シール部材の外側面に向かって貫通しており、前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記径方向連通孔を閉塞すると共に、前記軸線方向連通孔の内周面に接触することが好ましい。これにより、金属フィルタまたはセラミックスフィルタが径方向連通孔を閉塞する部位にて通気性と撥水性を有するとともに、その他の部位で加締め部によって保持されることとなり、役割を分離した金属フィルタ及びセラミックスフィルタを設けることができる。

さらに、本発明のガスセンサは、前記筒状部材がセラミックスであり、少なくともその側面に釉薬層が形成されていることが好ましい。

筒状部材がセラミックスの場合、側面に凹凸があるが、その側面に釉薬層を設けることで、凹凸が無くなり滑らかになり、シール部材の内周面が傷つくことがなくなり、筒状部材とシール部材との気密性を高く保持できる。

なお、釉薬層の厚さは２０〜１０００μm（特に５０μｍが好ましい）に形成されていることが好ましい。釉薬層の厚さが２０μｍ以上であるのは、層の厚さは薄い方が筒状部材の強度は上がるが、筒状部材の側面にカスレが生じ、均等に釉薬層を形成できない場合があるからである。また、釉薬層の厚さが１００μｍ以内であるのは、層の厚さが厚過ぎると収縮率の影響で筒状部材の強度が減少する場合があるからである。

（実施例１）
本発明を適用した実施形態であるガスセンサを図面と共に説明する。本実施形態では、自動車の排気管に装着されて排気ガス中の酸素の濃度を検出するガスセンサ（酸素センサ）について説明する。図１は、本実施形態のガスセンサ１の全体構成を示す断面図である。

図１に示すように、ガスセンサ１は、先端部が閉じた有底筒状をなすセンサ素子２、センサ素子２の有底孔２１に挿入されるセラミックヒータ３と、センサ素子２を自身の内側にて保持する主体金具４を備える。なお、本実施形態において、図１に示すセンサ素子２の軸に沿う方向のうち、測定対象ガス（排気ガス）に晒される先端部に向かう側（閉じている側、図中の下側）を「先端側」とし、これと反対方向（図中上側）に向かう側を「後端側」として説明する。

このセンサ素子２は、イットリアを安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアを主成分とする酸素イオン伝導性を有する固体電解質体からなり、先端部に検出部２２を有している。この検出部２２のうち有底孔２１の内面に、そのほぼ全面を覆うようにＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質状に形成された内部電極２４と、検出部２２の外面に、内部電極２４と同様に多孔質状に形成された外部電極２３を有している。また、このセンサ素子２の軸線方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する係合フランジ部２５が設けられている。なお、本実施形態のセンサ素子２が特許請求の範囲の「検出素子」に相当する。一方、セラミックヒータ３は、棒状に形成されると共に、内部に発熱抵抗体を有する発熱部３１を備えている。このセラミックヒータ３は、後述するヒータ用リード線１９０、２２０を介して通電されることにより発熱部３１が発熱し、センサ素子２を活性化させるべく当該センサ素子２を加熱する機能を果たす。

主体金具４は、ガスセンサ１を排気管の取付部に取り付けるためのネジ部４１と、排気管の取付部への取り付け時に取付工具をあてがう工具係合部４２を有している。そして、主体金具４には、先端側内周に径方向内側に向かって突出した金具側段部４３が設けられており、この金具側段部４３にパッキン８を介して支持部材５を係止させている。なお、センサ素子２は、係合フランジ部２５が支持部材５上にパッキン９を介して支持されることにより、主体金具４に支持される。支持部材５の後端側における主体金具４の内面とセンサ素子２の外面との間には、充填部材６が配設され、さらにこの充填部材６の後端側にスリーブ７および環状リング１０が順次同軸状に内挿された状態で配置される。そして、主体金具４の金具側後端部４４を内側先端方向に加締めることで、主体金具４にセンサ素子２が固定されている。なお、ガスセンサ１においては、主体金具４の金具側後端部４４を加締めることを通じて、充填部材６がスリーブ７を介して圧縮充填される構造になっており、これによりセンサ素子２が筒状の主体金具４の内側に気密状に保持されている。

一方、主体金具４の先端部２６には、外側カバー１５が接合されている。この外側カバー１５は、主体金具４から突出するセンサ素子２の検出部２２の周囲を覆う有底筒状となっている。さらに、外側カバー１５の内部には、内側カバー１６が形成されている。この内側カバー１６も外側カバー１５と同様にセンサ素子２の検出部２２を覆う有底筒状である。そして、外側カバー１５、内側カバー１６には、それぞれセンサ素子２に排気ガスを晒すための通気孔１５１、１６１が形成されている。

また、主体金具４の後端側には外筒部材１１の先端部が接合されている。外筒部材１１は、軸線方向における略中間位置に外筒段付き部１１１が形成されており、外筒段付き部１１１よりも先端側が外筒先端側胴部１１２として形成され、外筒段付き部１１１よりも後端側が外筒後端側胴部１１３として形成される。このうち、外筒後端側胴部１１３には、後述する保持部材１７を保持するための第１加締め部１１４、及び後述するシール部材１３を気密状に固定するための第２加締め部１１５が形成されている。なお、本実施形態の主体金具４及び外筒部材１１が特許請求の範囲の「ケーシング」に相当し、第２加締め部１１５が特許請求の範囲の「加締め部」に相当する。

また、外筒部材１１の外筒後端側胴部１１３内に保持部材１７を介してセパレータ１２が配置されている。このセパレータ１２は、素子用リード線２００、２１０と、ヒータ用リード線１９０、２２０とを挿通するためのセパレータリード線挿通孔１２１が先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。また、セパレータ１２には、先端面に開口する有底状の保持孔１２２が軸線方向に形成されている。この保持孔１２２内には、セラミックヒータ３の後端部が挿入され、セラミックヒータ３の後端面が保持孔１２２の底面に当接することでセパレータ１２に対するセラミックヒータ３の軸線方向の位置決めがなされる。このセパレータ１２は、周方向外側に延設されたセパレータフランジ部１２３を有している。

また、素子用リード線２００、２１０およびヒータ用リード線１９０、２２０は、セパレータ１２のセパレータリード線挿通孔１２１、後述するシール部材１３のリード線挿通孔１３１を通じて、外筒部材１１の内部から外部に向かって引き出されている。なお、これら４本のリード線１９０、２００、２１０、２２０は外部において、図示しないコネクタに接続される。そして、このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１９０、２００、２１０、２２０とは電気信号の入出力が行われることになる。

また、各リード線１９０、２００、２１０、２２０は、詳細は図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有しており、導線の後端側がコネクタに設けられるコネクタ端子に接続される。そして、素子用リード線２００の導線の先端側は、センサ素子２の外面に対して外嵌される端子金具１４の後端部と加締められ、素子用リード線２１０の導線の先端側は、センサ素子２の内面に対して圧入される端子金具１４の後端部と加締められる。これにより、素子用リード線２００は、センサ素子２の外部電極２３と電気的に接続され、素子用リード線２１０は、内部電極２４と電気的に接続される。他方、ヒータ用リード線１９０、２２０の導線の先端部は、セラミックヒータ３の発熱抵抗体と接合された一対のヒータ用端子金具と各々接続される。

次に、本発明の主要部であるシール部材１３について詳細に説明する。外筒部材１１の後端側内部に配置されるシール部材１３は、図１、２に示す様に、センサ素子２に電気的に接続される２本の素子用リード線２００、２１０と、セラミックヒータ３に電気的に接続される２本のヒータ用リード線１９０、２２０とを挿通するための４つのリード線挿通孔１３１が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。さらに、シール部材１３の略中央には、先端側から後端側に向かって大気導入孔１３２が形成されている。このシール部材１３は、フッ素ゴム等からなる。なお、本実施形態の大気導入孔１３２が特許請求の範囲の「貫通孔」に相当する。

そして、大気導入孔１３２の内部には、金属フィルタ１３３が大気導入孔１３２を閉塞するように配置されている。この金属フィルタ１３３は撥水処理を行ったステンレス鋼、銅及び銅合金、ニッケル、低合金鋼、アルミニウム等の金属材料から形成されており、通気性及び撥水性を有している。このように、金属フィルタ１３３を用いることで、外部からの衝撃等を受けても破れない。

さらに、この金属フィルタ１３３は、大気導入孔１３２の内周面に接触する筒状部材１３４の後端側に接合されている。このように金属フィルタ１３３が筒状部材１３４の後端側に接合されているので、金属フィルタ１３３を大気導入孔１３２に容易に配置することができると共に、金属フィルタ１３３と筒状部材１３４にて空隙を形成することがなくなり、水分がガスセンサ内部に侵入する事がない。

この筒状部材１３４は、加締め部１１５に対向するように配置されている。これにより、外筒１１にてシール部材１３を加締め固定する場合に、その加締めを用いて筒状部材１３４を保持することができる。

さらに、筒状部材１３４は、シール部材１３より強度の高いステンレス鋼、銅及び銅合金、ニッケル、低合金鋼、アルミニウム等の金属材料により形成されている。これに対し、シール部材１３は、フッ素ゴムから形成されている。その結果、第２加締め部１１５を形成した場合、第２加締め部１１５に対応するシール部材１３の部位が内側に向かって圧縮変形しても、筒状部材１３４がシール部材１３の圧縮力を受け止め、筒状部材１３４を閉塞するように設けられた金属フィルタ１３３が極度に変形することを防止できる。よって、金属フィルタ１３３の通気性が低下することを防止し、ガスセンサ１の検出精度の低下を防止できる。

そして、筒状部材１３４が外筒１１の加締めによって固定される場合、金属フィルタ１３３を加締め部１１５よりも後方側に配置している。これにより、金属フィルタ１３３に加締めによる圧縮力の影響を受けにくくでき、金属フィルタ１３３が変形することを抑制できる。

よって、金属フィルタ１３３を上述の構成にて配置することで、外部からの衝撃によって損傷することや、外筒１１の加締めによって金属フィルタ１３３が変形することを抑制でき、その結果、外部より大気導入孔１３２を通ってガスセンサ１の内部に水分が侵入することがなくなり、酸素濃度検出出力の低下や、センサ素子２に被水割れ等が生じることを抑制できる。

この金属フィルタ１３３はシート状に形成されている。これにより、外力による損傷を抑制しつつ、棒状の金属フィルタに比べて良好な通気性を確保することができる。

一方、筒状部材１３４は、大気導入孔１３２の内周面に当接する筒部１３６と、筒部１３６の先端側に設けられ、シール部材１３の先端面に形成された凹部に係合する規制部１３５とを有している。このように、金属フィルタ１３３により閉塞された筒状部材１３４を大気導入孔１３２の内周部に当接させることで、シート状の金属フィルタ１３３を容易に大気導入孔１３２に配置することができる。さらに、筒状部材１３４の外周面には、筒状部材１３４が軸方向に沿って移動することを規制する規制部１３５を設けることで、筒状部材１３４とシール部材１３との位置ずれを抑制できる。

次に、本実施形態のガスセンサ１の製造方法について詳細に説明する。
まず、ジルコニアに、イットリアを５ｍｏｌ％添加して造粒した後、先端部が閉じた有底筒状に成形し、電気炉にて１４００〜１６００℃の温度で焼成し、固体電解質体を得た。次いで、この固体電解質体の外周面に蒸着や化学メッキ等を用いて、白金よりなる外部電極２３を設ける。一方、固体電解質体の内側面にも同様に、蒸着や化学メッキ等を用いて、内部電極２４を設け、センサ素子２を得た。

ついで、主体金具４の先端部２６に内側カバー１６が挿入された外側カバー１５を外挿し、レーザ溶接にて全周溶接する。そしてこの主体金具４にパッキン８、支持部材５、パッキン９、センサ素子２、充填部材６、スリーブ７を順に挿入し、主体金具４の金具側後端部４４を加締めセンサ下部中間体を準備する。

一方、端子金具１４、１４にそれぞれ素子用リード線２００、２１０を接合し、セラミックヒータ３のヒータ用端子金具にヒータ用リード線１９０、２２０を接合しておく。そして、端子金具１４の内側にセラミックヒータ３を位置させた状態で、各リード線１９０、２００、２１０、２２０をセパレータ１２の各セパレータリード線挿通孔１２１に挿通する。

ついで、筒状部材１３４の筒部１３６と規制部１３５とを溶接し、さらに金属フィルタ１３３を筒状部材１３４の後端で、溶接し固定する。そして、図３（a）に示すように、金属フィルタ１３３が溶接された筒状部材１３４をシール部材１３に挿入する。また、図３（ｂ）はシール部材１３に筒状部材１３４を挿入し、外筒部材１１にてシール部材１３を加締め固定する前の組み立て図である。そして、筒状部材１３４が一体となったシール部材１３を外筒部材１１の後端側に配置する。

ついで、各リード線１９０、２００、２１０、２２０をシール部材１３のリード線挿通孔１３１に挿通させた状態で、このシール部材１３の先端面にセパレータ１２の後端面が当接するように、セパレータ１２を外筒部材１１内に配置する。そして、セパレータ１２の先端から保持部材１７を挿入する。このようにしてセンサ上部中間体を作製する。

そして、センサ上部中間体の外筒部材１１を主体金具４の後端側に挿入し、外筒部材１１と主体金具４との重なり部を加締める。また、保持部材１７を保持するように、外筒部材１１を加締め、第１加締め部１１４を形成する。さらに、シール部材１３を保持するように外筒部材１１を加締め、第２加締め部１１５を形成する。なお、加締めは八方丸加締めにて行った。このとき、筒状部材１３４はシール部材１３３を保持する外筒部材１１の加締めにより、シール部材１３の大気導入孔１３２内に保持される。このように、シール部材１３を外筒部材１１に加締め固定をする場合に、その加締めを用いて筒状部材１３４を保持することで、別途圧入や接着等を行う必要がない。

そして、外筒部材１１と主体金具４との重なり部をレーザ溶接することにより外筒部材１１を主体金具４に固定し、ガスセンサ１が完成する。

（実施例２）
次に、実施例２について図４を用いて説明する。実施例１では、筒状部材１３４に金属材料を、さらに筒状部材１３４を閉塞する金属フィルタ１３３をそれぞれ用いたが、実施例２では、筒状部材１３４に外部部材１１からの加締めに耐え得る高強度のセラミックス材料を用い、さらに金属フィルタ１３３に替わって撥水処理を行ったセラミックスフィルタ２３３を用いている。なお、実施例２は、実施例１と異なるシール部材１３付近について説明し、その他の部分については省略して説明する。図４（a）は、セラミックスフィルタ２３３が後端と先端に接合された筒状部材２３４をシール部材１３に挿入する際の分解図である。また、図４（ｂ）は、シール部材１３に筒状部材２３４を挿入し、外筒部材１１にてシール部材１３を加締め固定された部分断面図である。

実施例２は、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにシール部材１３の大気導入孔１３２の内部にセラミックスフィルタ２３３及び筒状部材２３４が配置されている。このうち、セラミックスフィルタ２３３は、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア等のセラミックス材料からなり、通気性及び撥水性を有している。さらに、セラミックスフィルタ２３３の先端側には、筒状部材２３４が同時焼成により接着されているものである。この筒状部材２３４は、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア等のセラミックス材料からなり、シール部材１３の大気導入孔１３２の内周面に当接する筒部２３６と、筒部の先端側に設けられ、シール部材の先端面に設けられた凹部に係合する規制部２３５とを有している。

このように、このように、セラミックスフィルタ２３３を用いることで、外部からの衝撃等を受けても破れない。
さらに、このセラミックスフィルタ２３３は、大気導入孔１３２の内周面に接触する筒状部材２３４の後端側に接合されているので、セラミックスフィルタ２３３を大気導入孔１３２に容易に配置することができる。
そして、この筒状部材２３４は、加締め部１１５に対向するように配置されている。これにより、外筒１１にてシール部材１３を加締め固定する場合に、その加締めを用いて筒状部材２３４を保持することができる。
そして、筒状部材２３４が外筒１１の加締めによって固定される場合、セラミックスフィルタ２３３を加締め部１１５よりも後方側に配置している。これにより、セラミックスフィルタ２３３に加締めによる圧縮力の影響を受けにくくでき、セラミックスフィルタ２３３が変形することを抑制できる。

よって、セラミックスフィルタ２３３を上述の構成にて配置することで、外部からの衝撃によって損傷することや、外筒１１の加締めによってセラミックスフィルタ２３３が変形することを抑制でき、その結果、外部より大気導入孔１３２を通ってガスセンサ１の内部に水分が侵入することがなくなり、酸素濃度検出出力の低下や、センサ素子２に被水割れ等が生じることを抑制できる。

さらに、この筒部２３６の側面には、釉薬層２３７が形成されている。このように、筒部２３６の側面に釉薬層２３７を形成することにより、筒状部材２３４筒部２３６の側面にある凹凸がなくなり滑らかになり、シール部材１３の内周面が傷つくことがなく筒状部材２３４とシール部材１３との気密性を高く保持できる。なお、釉薬層２３７の厚さは５０μｍにすることが好ましい。

（実施例３）
次に、実施例３について図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。実施例１は金属フィルタ１３３と筒状部材１３４とが別部材にて形成されているものに対し、実施例３は、図５に示すように撥水処理を行った金属フィルタ３３３と筒状部材３３４とが一体成形にて形成されているものである。なお、実施例１と異なるシール部材１３付近について説明し、その他の部分については省略または簡略して説明する。図５（a）は、金属フィルタ３３３と筒状部材３３４が一体成形されている金属フィルタ部３３７をシール部材１３に挿入する際の分解図である。また、図５（ｂ）は、シール部材１３に金属フィルタ部３３７を挿入し、外筒部材１１にてシール部材１３を加締め固定された部分断面図である。

図５に示すように、シール部材１３の略中央にある大気導入孔１３２の内部には、金属フィルタ３３７が配置されている。この金属フィルタ３３７は、大気導入孔１３２を閉塞する閉塞部３３３と、閉塞部３３３に接続する筒状部３３４を有している。さらに、筒状部３３４の先端側に設けられ、シール部材の先端面に設けられた凹部に係合する規制部３３５を有している。

このように金属フィルタ３３７を用いることで、外力による損傷を低減することができる。
さらに、この金属フィルタ３３７は、外筒１１に形成された加締め部１５に対向するように大気導入孔１３２内に配置されているので、圧入や接着等を用いて金属フィルタ３３７をシール部材１３の大気導入孔１３２内に保持する必要がない。

そして、実施例３においては、金属フィルタ３３７の変形量ｔ１が加締め部１１５の変形量ｓ１の１０％となっている。このように、金属フィルタ３３７の変形量ｔ１が加締め部１１５の変形量ｓ１の１％以上５０％以下に変形されてなることで、外筒１１にてシール部材１３を加締め固定したとき、金属フィルタ３３７にシール部材１３の圧縮力の影響を最小限に抑制でき、金属フィルタ３３７の通気性が十分に確保できる。

また、通気性と撥水性を有する閉塞部３３３と、加締め部によって保持される筒状部３３４との役割を分離した金属フィルタ３３７とすることができる。さらに、金属フィルタ３３３と筒状部材３３４とを一体成形した金属フィルタ３３７を用いることで、組立部品の数が削減され、組立コストを減らすことが出来る。なお、一体成形された金属フィルタ３３７は、高強度のステンレス鋼、銅及び銅合金、ニッケル、低合金鋼、アルミニウム等等の金属材料を用いると良い。

（実施例４）
次に、実施例４について図６を用いて説明する。実施例１では、シート状の金属フィルタ１３３を筒状部材１３４を用いてシール部材１３の大気導入孔１３２内に配置した。これに対し、実施例４は図６（ａ）、（ｂ）に示すように、筒状部材１３４を用いることなく棒状の撥水処理を行った金属フィルタ４３３をシール部材１３の大気導入孔１３２内に配置しているものである。なお、実施例１と異なるシール部材１３付近について説明し、その他の部分については省略または簡略して説明する。図６（a）は、棒状の金属フィルタ４３３をシール部材１３に挿入する際の分解図である。また、図６（ｂ）は、シール部材１３に棒状の金属フィルタ４３３を挿入し、外筒部材１１にてシール部材１３を加締め固定された部分断面図である。

図６に示すように、シール部材１３の略中央にある大気導入孔１３２の内部には、棒状の金属フィルタ４３３が配置されている。この金属フィルタ４３３は、シール部材１３の大気導入孔１３２の内周面に当接する筒部４３６と、筒部の先端側に設けられ、シール部材の先端面に設けられた凹部に係合する規制部４３５を有している。このよう棒状の金属フィルタ４３３をもちいることで、組立部品の数が削減され、組立コストを減らすことが出来る。さらに棒状の金属フィルタ４３３を用いているので通気性を保持したまま、外部部材１１からの加締めに耐え得ることができる。なお、金属フィルタ４３３は、高強度のステンレス鋼、銅及び銅合金、ニッケル、低合金鋼、アルミニウム等の金属材料を用いると良い。

そして、実施例４においては、金属フィルタ４３３の変形量ｔ２が加締め部１１５の変形量ｓ２の２％となっている。このように、金属フィルタ４３３の変形量ｔ２が加締め部１１５の変形量ｓ２の１％以上５０％以下に変形されてなることで、外筒１１にてシール部材１３を加締め固定したとき、金属フィルタ４３３にシール部材１３の圧縮力の影響を最小限に抑制でき、金属フィルタ４３３の通気性が十分に確保できる。

（実施例５）
次に、実施例５について図７を用いて説明する。実施例１では、軸線方向に延びる大気導入孔１３２を閉塞するように、シート状の金属フィルタ１３３を筒状部材１３４に接合して配置した。これに対し、実施例５は図７に示すように、軸線方向に延びる軸線方向連通孔５３２と径方向に延びる径方向連通孔５３３に対し、金属フィルタ６３３を配置しているものである。なお、実施例１と異なるシール部材１３付近について説明し、その他の部分については省略または簡略して説明する。図７（a）は、金属フィルタ６３３をシール部材１３に挿入する際の分解図である。また、図７（ｂ）は、シール部材１３に金属フィルタ６３３を挿入し、外筒部材１１にてシール部材１３を加締め固定された部分断面図である。

図７に示すように、シール部材１３の略中央に軸線方向連通孔５３２が設けられており、さらに、シール部材１３の外側面と軸線方向連通孔５３２を繋ぐようにして径方向連通孔５３３が形成されている。この軸線方向連通孔５３２と径方向連通孔５３３により、シール部材１３の先端外表面と外周面とを貫通している。そして、軸線方向連通孔５３２の内部には、金属フィルタ６３３が配置されている。この金属フィルタ６３３は、シール部材１３の軸線方向連通孔５３２の内周面に当接する筒部６３６と、筒部の先端側に設けられ、シール部材の先端面に設けられた凹部に係合する規制部６３５と、筒部の後端側に設けられた蓋部６３４を有している。このうち、筒部６３６の一部は、径方向連通孔５３３を閉塞するように配置されている。

さらに、金属フィルタ６３３の変形量ｔ３が加締め部１１５の変形量ｓ３の１５％となっている。このように、金属フィルタ３３７の変形量ｔ３が加締め部１１５の変形量ｓ３の１％以上５０％以下に変形されてなることで、外筒１１にてシール部材１３を加締め固定したとき、金属フィルタ６３３にシール部材１３の圧縮力の影響を最小限に抑制でき、金属フィルタ６３３の通気性が十分に確保できる。

以上、この発明の本実施形態について説明したが、この発明は本実施形態に限定されることはなく、様々に設計変更することができる。

例えば、実施例１では、筒状部材１３４の筒部１３６と規制部１３５が異なる部材で形成されていたが、図８（ａ）に示すように筒状部材１３４の筒部１３６と規制部１３５は一体の金属材料から形成されても良い。

また、実施例１では、筒状部材１３４の後端に金属フィルタが溶接されていたが、図８（ｂ）で示すように、金属フィルタ１３３を筒状部材１３４の後端側内周面に溶接することもできる。

また、実施例１では、筒状部材１３４に溶接する金属フィルタ１３３の枚数が１枚であったが、図８（ｃ）に示すように筒状部材１３４の後端と筒状部材１３４の先端に金属フィルタ１３３をそれぞれ溶接することもできる。

また、実施例１では、筒状部材１３４と金属フィルタ１３３とを溶接したが、これに限られず、筒状部材１３４に金属フィルタ１３３を配置した後、金属フィルタ１３３と筒状部材１３４との接合面を半田付け、ロウ付け、同時焼成により接着を行ってもよい。また、実施例２では、筒状部材２３４とセラミックスフィルタ２３３とを同時焼成により接着したが、これに限られずロウ付けにより接着を行ってもよい。

さらに、実施例３、実施例４では撥水処理を行った金属フィルタと金属材料の筒状部材とを用いたが、それぞれに関して撥水処理を行ったセラミックスフィルタやセラミックス材料の筒状部材を用いても良い。

実施例１乃至５のガスセンサ１の全体断面図。 実施例１のガスセンサ１の部分断面図。 （a）実施例１のシール部材１３付近の分解図。（ｂ）実施例１のシール部材１３付近の加締め前の組み立て図。 （a）実施例２のシール部材１３付近の分解図。（ｂ）実施例２のシール部材１３付近の部分断面図。 （a）実施例３のシール部材１３付近の分解図。（ｂ）実施例３のシール部材１３付近の部分断面図。 （a）実施例４のシール部材１３付近の分解図。（ｂ）実施例４のシール部材１３付近の部分断面図。 （a）実施例５のシール部材１３付近の分解図。（ｂ）実施例５のシール部材１３付近の部分断面図。 （a）シール部材１３付近の加締め前の組み立て図。（b）シール部材１３付近の加締め前の組み立て図。（ｃ）シール部材１３付近の加締め前の組み立て図。

符号の説明

１ ガスセンサ
２ センサ素子
４ 主体金具
１１ 外筒部材
１３ シール部材
１３２ 大気導入孔
１３３ 金属フィルタ
１３４ 筒状部材

Claims (7)

1. 軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子と、
   該検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて被測定ガスに晒すと共に、該検出素子の周囲を取り囲むケーシングと、
   前記検出素子よりも後方側で且つ該ケーシングの後端側内部に配置され、軸線方向に貫通する貫通孔が形成されたシール部材と、を備えるガスセンサにおいて、
   前記ケーシングに形成され、前記シール部材を保持するための加締め部と、
   前記加締め部に対向するように前記貫通孔の内周面に接触する筒状部材と、
   前記筒状部材の後端側であり、且つ前記加締め部よりも後方側に接合されると共に少なくとも該貫通孔を閉塞し、通気性及び撥水性を有する金属フィルタ又はセラミックスフィルタと、を備えることを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサにおいて、
   前記金属フィルタまたは前記セラミックスフィルタがシート状であることを特徴とするガスセンサ。
3. 軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子と、
   該検出素子の先端側を自身の先端よりも突出させて被測定ガスに晒すと共に、該検出素子の周囲を取り囲むケーシングと、
   前記検出素子よりも後方側で且つ該ケーシングの後端側内部に配置され、一方の外表面から他方の外表面に向かって貫通する貫通孔が形成されたシール部材とを備えるガスセンサにおいて、
   前記ケーシングに形成され、前記シール部材を保持するための加締め部と、
   前記加締め部に対向する前記貫通孔の内周面に接触すると共に、少なくとも該貫通孔を閉塞し、通気性及び撥水性を有する金属フィルタ又はセラミックスフィルタと、を備え、
   前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記加締め部の変形量の１％以上５０％以下変形されてなることを特徴とするガスセンサ。
4. 前記貫通孔は前記シール部材の先端外表面から後端外表面に向かって軸線方向に延び、
   前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記貫通孔を閉塞する閉塞部と、該閉塞部と連結し、前記貫通孔の内周面に接触する筒状部とを有することを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
5. 前記貫通孔は前記シール部材の先端外表面から後端外表面に向かって軸線方向に延び、
   前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記貫通孔に充填されると共に、前記貫通孔を閉塞する棒状形状を有することを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
6. 前記貫通孔は、前記シール部材の先端外表面から軸線方向後端側に向かって延びる軸線方向連通孔と、前記シール部材の外側面から前記軸線方向連通孔まで延びる径方向連通孔と、により、前記シール部材の先端外表面から前記シール部材の外側面に向かって貫通しており、
   前記金属フィルタ又は前記セラミックスフィルタは、前記径方向連通孔を閉塞すると共に、前記軸線方向連通孔の内周面に接触することを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のガスセンサにおいて
   前記シール部材には前記セラミックスフィルタが配置され、少なくとも前記セラミックスフィルタの側面に釉薬層が形成されていることを特徴とするガスセンサ。