JP5767196B2

JP5767196B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP5767196B2
Application number: JP2012245066A
Authority: JP
Inventors: 和裕神前
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: JP2013167625A

Description

本発明は、ガスセンサに関するものである。

従来、ガスセンサとして、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するセンサ素子を備えるセンサが知られている。ここで、センサ素子としては、例えば、先端が閉じた有底筒状の固体電解質と、この固体電解質の内表面に形成された内側電極（基準電極）と、固体電解質の外表面の先端部に形成された外側電極（検出電極）と、を備えるセンサ素子が知られている。このようなガスセンサとしては、上記内側電極と外側電極の各々に接続する一対のリード線を備え、内側電極と外側電極の双方から検出信号を取り出すセンサが知られている。また、ガスセンサにおいて、更なる構成の簡素化や小型化、あるいは低コスト化が要求される場合には、外側電極と接続するリード線を設けることなく、外側電極をボディアースする構成が採用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、外側電極を、センサ素子を取り囲む主体金具と導通させることによってアースする構成が採用される。

特開２００９−６３３３０号公報

上記のようにボディアースを行なうガスセンサにおいては、更なる構成の簡素化や小型化、あるいは低コスト化が望まれると共に、ボディアースのための外側電極と主体金具との間の導通の信頼性を確保することが望まれていた。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ボディアースを行なうガスセンサにおいて、外側電極と主体金具の間の導通確保の信頼性を向上させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。

［適用例１］
軸線方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状のセンサ素子であって、固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の外表面に設けられた外側電極と、を備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の後端側の部分を収納すると共に、前記外側電極を含む前記センサ素子の先端側の部分を突出させる主体金具と、
前記主体金具の先端側に配置され、前記主体金具から突出する前記センサ素子の先端側の部分を覆い、導電性材料によって構成されるプロテクタと、
を備えるガスセンサにおいて、
前記主体金具は、自身の内壁面において、径方向内側に突出する第１の係合部を有し、
前記プロテクタは、自身の後端側の端部近傍において、径方向外側に突出する第２の係合部が形成されると共に、前記主体金具内から先端側に突出するように配置されており、
前記センサ素子は、径方向外側に突出して設けられ、表面の少なくとも一部に前記外側電極が形成された第３の係合部を有し、
前記第３の係合部における前記外側電極が形成された領域と前記第２の係合部の双方に接触するように、前記第２の係合部と前記第３の係合部の間において、前記第２の係合部よりも硬度が低く、かつ導電性材料から成る導電性緩衝部材が配置され、
前記外側電極は、前記導電性緩衝部材および前記プロテクタを介して前記主体金具と電気的に接続していることを特徴とする
ガスセンサ。

適用例１に記載のガスセンサによれば、主体金具内から先端側に突出するようにプロテクタを配置している。そして、プロテクタの第２の係合部とセンサ素子の第３の係合部との間に、第２の係合部よりも硬度が低い導電性緩衝部材を配置して、導電性緩衝部材および前記プロテクタを介して主体金具と外側電極との間を導通させている。そのため、ボディアースを行なうガスセンサの構成を簡素化、小型化、あるいは低コスト化すると共に、ボディアースの信頼性を高めることができる。

［適用例２］
軸線方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状のセンサ素子であって、固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の外表面に設けられた外側電極と、を備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の後端側の部分を収納すると共に、前記外側電極を含む前記センサ素子の先端側の部分を突出させる主体金具と、
前記主体金具の先端側に配置され、前記主体金具から突出する前記センサ素子の先端側の部分を覆い、導電性材料によって構成されるプロテクタと、
を備えるガスセンサにおいて、
前記主体金具は、自身の内壁面において、径方向内側に突出する第１の係合部を有し、
前記プロテクタは、自身の後端側の端部近傍において、径方向外側に突出する第２の係合部が形成されると共に、前記第２の係合部を前記第１の係合部に係止させつつ、前記主体金具内から先端側に突出するように配置されており、
前記センサ素子は、前記主体金具内で前記第１の係合部と共に前記第２の係合部を挟むように、径方向外側に突出して設けられた第３の係合部であって、表面の少なくとも一部に前記外側電極が形成された第３の係合部を有し、
前記第３の係合部における前記外側電極が形成された領域と前記第２の係合部の双方に接触するように、前記第２の係合部と前記第３の係合部の間において、前記第２の係合部よりも硬度が低く、かつ導電性材料から成る導電性緩衝部材が配置されていることを特徴とする
ガスセンサ。

適用例２に記載のガスセンサによれば、プロテクタの後端側の端部近傍に設けた第２の係合部を、主体金具２０の内壁面に設けた第１の係合部に係合させつつ、主体金具内から先端側に突出するようにプロテクタを配置している。そして、プロテクタの第２の係合部とセンサ素子の第３の係合部との間に、第２の係合部よりも硬度が低い導電性緩衝部材を介在させている。そのため、ボディアースを行なうガスセンサの構成を簡素化、小型化、あるいは低コスト化すると共に、ボディアースの信頼性を高めることができる。

［適用例３］
適用例１または２記載のガスセンサであって、前記導電性緩衝部材は、前記軸線方向から見たときに前記プロテクタの後端と重なる領域よりも、径方向外側に突出するように形成されていることを特徴とするガスセンサ。
適用例３に記載のガスセンサによれば、導電性緩衝部材とセンサ素子との接触を安定化させて、ボディアースの信頼性を向上させることができる。

［適用例４］
適用例１ないし３いずれか１項に記載のガスセンサであって、前記導電性緩衝部材の硬度は、１００〜２５０Ｈｖであり、前記第２の係合部の硬度は、３００〜４５０Ｈｖであることを特徴とするガスセンサ。
適用例４に記載のガスセンサによれば、センサ素子とプロテクタとの間に、プロテクタの第２の係合部よりも十分に硬度が低い導電性緩衝部材を配置することで、ボディアースの信頼性を確保する効果を高めることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガスセンサの製造方法などの形態で実現することが可能である。

ガスセンサの構成を表わす断面図である。センサ素子の外観を表わす説明図である。外側電極のボディアースに係る部分を拡大して示す断面模式図である。

Ａ．ガスセンサの構成：
図１は、本発明に係る実施形態としてのガスセンサ５の構成を表わす断面図である。ガスセンサ５は、図１に示すように、軸線Ｏに沿って伸長する細長形状を有している。以下の説明では、軸線Ｏ方向であって図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。本実施形態のガスセンサ５は、酸素濃度センサであって、例えば、自動車の排気ガス中の酸素濃度を検出するために用いることができる。図１に示すように、ガスセンサ５は、センサ素子１０と、主体金具２０と、プロテクタ６２と、外筒４０と、保護外筒３８と、ガスセンサの内部配線の引き回しに係る構造（電極および電極に接続する配線）とを、主要な構成要素として備えている。

センサ素子１０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）の固体電解質体の両面に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素分圧に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。詳細には、センサ素子１０は、外径が先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の内表面に形成された内側電極（基準電極）１０ａと、固体電解質体１１の外表面に形成された外側電極（検出電極）１０ｄと、を備えている。そして、センサ素子１０の内部空間を基準ガス雰囲気とし、センサ素子１０の外表面に被検出ガスを接触させることで、ガスの検知を行う。ガスセンサ５の後端においては、内側電極１０ａからの検出信号を取り出すためのリード線６０が引き出されている。

図２は、センサ素子１０の外観を表わす説明図である。センサ素子１０には、軸線Ｏ方向の中ほどにおいて、外周方向に張り出した（突出した）鍔部１２が形成されている。鍔部１２よりも先端側には、先端側に向かって次第に縮径されて先端部が閉塞された有底部１３が形成されている。また、センサ素子１０において、鍔部１２よりも後端側には、後端に開口を有する略中空円筒状の基体部１８が形成されている。

外側電極１０ｄは、有底部１３の先端側の一部の外表面を覆うように形成された電極部１０ｂと、電極部１０ｂと電気的に接続された外部リード部１０ｃとを備えている。外部リード部１０ｃは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、を備えている。リングリード部１５は、鍔部１２の先端側の面（鍔部１２において有底部１３側に設けられた段差部）において、センサ素子１０の周方向に延出して環状に形成されている。縦リード部１４は、電極部１０ｂの後端とリングリード部１５とを接続するように、軸線Ｏ方向に線状に延出して形成されている。なお、電極部１０ｂは、電極部１０ｂを保護するための図示しない電極保護層に覆われている。

既述したように、センサ素子１０の内表面には内側電極１０ａが設けられている。有底円筒状の固体電解質体１１の内部には、筒孔１０ｅが形成されており（図１参照）、内側電極１０ａは、後端近傍を除く筒孔１０ｅの内表面全体を覆うように形成されている。

センサ素子１０が備える固体電解質体１１は、例えば酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、すなわちイットリア安定化ジルコニアによって構成することができる。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によってセンサ素子１０を構成しても良い。

内側電極１０ａおよび電極部１０ｂは、白金（Ｐｔ）や白金合金等の、貴金属あるいは貴金属合金によって形成されることが好ましい。内側電極１０ａおよび電極部１０ｂは、例えば、無電解めっき等のめっき法により形成することができる。また、固体電解質体１１を例えばイットリアを含有するジルコニア粉末等の固体電解質粉末から成る成形体を焼成して製造する場合には、外部リード部１０ｃは、上記成形体の外表面に貴金属ペーストを用いて所定のパターンで印刷を行なうことにより、成形体の焼成と同時に形成することができる。

図１に戻り、ガスセンサ５は、センサ素子１０を取り囲んでセンサ素子の先端部を露出させる金属（例えばステンレス鋼）製の主体金具２０を備えている。主体金具２０の内表面には、先端方向に向かって内径が縮径する段部２０ｂが設けられている。また、主体金具２０の中央付近には、取り付け工具を係合させるために、径方向外側に突出した多角形状の鍔部２０ｃが設けられている。さらに、鍔部２０ｃよりも先端側の外表面には、雄ねじ部２０ｄが形成されている。主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを、例えば自動二輪（オートバイ）の排気管のネジ孔に取付けて、センサ素子１０の先端を排気管内に配置することにより、ガスセンサ５を用いて被検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度の検知が可能になる。ガスセンサ５において、鍔部２０ｃの先端側の面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ５を排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット２９が嵌挿される。

また、ガスセンサ５は、主体金具２０の先端から突出するプロテクタ６２を備えている。プロテクタ６２は、軸線Ｏ方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状の金属製部材であり、主体金具２０から突出するセンサ素子１０の先端部を覆っている。また、プロテクタ６２の後端部には、後端側ほど拡径するように径方向外側に向かって屈曲された屈曲部６３が形成されている。

さらに、ガスセンサ５は、プロテクタ６２の上記後端部と接して配置される導電性緩衝部材５０を備えている。導電性緩衝部材５０は、環状に形成された薄板状金属部材である。

ガスセンサ５内においては、プロテクタ６２の後端部に設けられた屈曲部６３および導電性緩衝部材５０が、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面と、主体金具２０の段部２０ｂとの間に挟まれることによって、プロテクタ６２が固定されている。主体金具２０にセンサ素子１０を組み付ける際には、まず、主体金具２０の後端側から、プロテクタ６２を主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３を、主体金具２０の段部２０ｂに当接させる。その後、さらに、導電性緩衝部材５０を、主体金具２０の後端側から主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３に当接させる。そして、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０をさらに挿入し、鍔部１２の先端側の面を導電性緩衝部材５０に当接させる。

既述したように、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面には、リングリード部１５が設けられている。そのため、電極部１０ｂは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、プロテクタ６２と、導電性緩衝部材５０とを介して、主体金具２０と導通する。図１では、プロテクタ６２および導電性緩衝部材５０を介してリングリード部１５と主体金具２０とが導通する様子を、矢印Ａによって模式的に表わしている。外側電極１０ｄと主体金具２０との間の導通に係る構成については、後にさらに詳しく説明する。なお、主体金具２０の段部２０ｂが、特許請求の範囲の「第１の係合部」に相当する。また、プロテクタ６２の屈曲部６３が、特許請求の範囲の「第２の係合部」に相当する。また、センサ素子１０の鍔部１２が、特許請求の範囲の「第３の係合部」に相当する。

なお、プロテクタ６２には、排気ガスをプロテクタ６２の内部に取り込むための複数の孔部６４が形成されている。この複数の孔部６４からプロテクタ６２内に流入した排気ガスは、被検出ガスとして外側電極１０ｄに供給される。

また、センサ素子１０の鍔部１２よりも後端側の部分と、主体金具２０との間の空隙には、滑石粉末が圧縮充填された粉体充填部３１が配置されており、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされている。そして、粉体充填部３１の後端側には、筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３２が配置されている。

一方、主体金具２０の後端部には、金属製で筒状の外筒４０が接合されて、センサ素子１０の後端部を覆っている。外筒４０は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成することができる。主体金具２０の後端部の内表面と、外筒４０の先端部の外表面との間には、例えばステンレス鋼により形成される金属リング３３が配置されている。そして、外筒４０の先端部が主体金具２０の後端部にて加締められることにより、主体金具２０と外筒４０とが固定されている。上記加締めを行なうことにより、鍔部２０ｃの後端側に、屈曲部２０ａが形成されている。主体金具２０の後端部に屈曲部２０ａを形成することにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられて粉体充填部３１を押し潰し、絶縁部材３２および粉体充填部３１が加締め固定されるとともに、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされる。

外筒４０の内側には、略円筒形状で絶縁性のセパレータ３４が配置されている。セパレータ３４には、セパレータ３４を軸線Ｏ方向に貫通し、リード線６０が挿通される挿通孔３５が形成されている。リード線６０は、接続端子７０と接続している。接続端子７０は、センサ出力を外部に取り出すための部材であり、内側電極１０ａと接続するように配置されている。

外筒４０の内側には、さらに、セパレータ３４の後端に接して、略円柱状のグロメット３６が配置されている。グロメット３６には、軸線Ｏに沿って、リード線６０が挿通される挿通孔が形成されている。グロメット３６は、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料によって形成することができる。

外筒４０の側面のうち、グロメット３６が配置される位置よりも先端側の位置には、複数の第１通気孔４１が周方向に並んで開口している。そして、外筒４０の後端部の径方向外側には、第１通気孔４１を覆うように、環状の通気性のフィルタ３７が被せられ、さらに、フィルタ３７を径方向外側から金属製筒状の保護外筒３８が囲んでいる。この保護外筒３８は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼によって形成することができる。保護外筒３８の側面には、複数の第２通気孔３９が周方向に並んで開口している。その結果、保護外筒３８の第２通気孔３９と、フィルタ３７と、外筒４０の第１通気孔４１とを介して、外筒４０内部、さらにはセンサ素子１０の内側電極１０ａへと、外気を導入可能になっている。なお、第２通気孔３９の先端側と後端側で外筒４０及び保護外筒３８を加締めることで、外筒４０と保護外筒３８の間にフィルタ３７を保持している。フィルタ３７は、例えばフッ素系樹脂等の撥水性樹脂の多孔質構造体によって構成することができ、撥水性を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子１０の内部空間に基準ガス（大気）を導入可能となっている。

Ｂ．ボディアースに係る構成：
図３は、ガスセンサ５における外側電極１０ｄのボディアースに係る部分を拡大して示す断面模式図である。以下に、外側電極１０ｄのボディアースに係る構成についてさらに説明する。本実施形態では、プロテクタ６２の屈曲部６３に比べて、導電性緩衝部材５０の硬度を低くすることに特徴がある。

プロテクタ６２は、既述したように、金属（例えばステンレス鋼）によって形成される。具体的には、プロテクタ６２は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌから選択される金属によって形成することができる。耐食性の観点から、特に、オーステナイト系のステンレス鋼が望ましい。これらのステンレス鋼は、いずれも、硬度が２００Ｈｖ程度である。

プロテクタ６２を形成する際には、屈曲部６３は、プロテクタ６２となる有底筒状の部材の後端部を絞り加工することによって形成される。ここで、金属製部材は、一般に、絞り加工を行なうと加工硬化を起こして、その硬度が高まる。そのため、プロテクタ６２において、屈曲部６３は、他の部位よりも硬度が高められている。既述したステンレス鋼によってプロテクタ６２を作製する場合には、プロテクタ６２の屈曲部６３の硬度は、通常、３００〜４５０Ｈｖとなる。例えば、プロテクタ６２をＳＵＳ３１０Ｓにて形成する場合には、絞り加工により形成した屈曲部６３の硬度は、３００〜４１０Ｈｖとなる。

導電性緩衝部材５０も、プロテクタ６２と同様に、金属材料、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌから選択されるステンレス鋼によって形成することができる。導電性緩衝部材５０は、例えば、薄板状の金属板を穴抜き加工して環状に成形することにより形成される。穴抜き加工では、せん断面を含む限られた範囲のみにおいて、加工を施される部材に応力が加えられる。そのため、導電性緩衝部材５０は、成形前の部材と同等の、２００Ｈｖ程度の硬度を示す。例えば、導電性緩衝部材５０をＳＵＳ４３０にて形成する場合には、導電性緩衝部材５０の硬度は、１５０〜２００Ｈｖとなる。

以上のように構成された本実施形態のガスセンサ５によれば、プロテクタ６２に屈曲部６３（第２の係合部）を形成し、プロテクタ６２を後端側から主体金具２０へと挿入し、屈曲部６３を主体金具２０の段部２０ｂ（第１の係合部）に係合させて、ボディアースのための導通経路を形成している。このとき、プロテクタ６２の屈曲部６３とセンサ素子１０との間に、屈曲部６３よりも硬度が低い導電性緩衝部材５０を介在させている。そのため、ボディアースを行なうガスセンサ５の構成を簡素化、小型化、あるいは低コスト化すると共に、ボディアースの信頼性を高めることができる。

ここで、セラミックス製のセンサ素子１０は、硬度が非常に高く、変形し難い部材である。また、プロテクタ６２の屈曲部６３は、加工硬化により硬度が高まっており、変形し難い状態となっている。そのため、本実施形態のガスセンサ５とは異なり、導電性緩衝部材５０を配置することなくセンサ素子１０とプロテクタ６２とを直接接触させようとする場合には、成形の精度や組み付け時のずれ等に起因して、両者の接触が点接触になる可能性がある。このような状態となっても、センサ素子１０および屈曲部６３の硬度が高いため、センサ素子１０および屈曲部６３において両者の接触面積が増加する方向の変形が起こり難く、センサ素子１０と屈曲部６３の間の接触面積を十分に確保できなくなる可能性がある。このように、センサ素子１０とプロテクタ６２との接触面積が十分に確保されないと、センサ素子１０およびプロテクタ６２を介したボディアースの信頼性が低下して、ガスセンサの性能が低下する可能性がある。また、センサ素子１０と屈曲部６３の接触面積が小さいと、センサ素子１０およびプロテクタ６２がガスセンサ内に組み付けられたときに、屈曲部６３との接触部位であるセンサ素子１０の狭い範囲に応力が集中し、センサ素子１０が損傷する可能性がある。センサ素子１０が損傷する可能性が高まると、ガスセンサ全体に対する信頼性が低下する。

これに対して、本実施形態のガスセンサ５では、センサ素子１０とプロテクタ６２との間に、プロテクタ６２の屈曲部６３よりも硬度が低い導電性緩衝部材５０を配置している。そのため、センサ素子１０の鍔部１２およびプロテクタ６２の屈曲部６３の形状に応じて導電性緩衝部材５０が変形することにより、センサ素子１０および屈曲部６３の表面において、ボディアースのための接触面積を、より広く確保することができる。その結果、ガスセンサ５におけるボディアースの信頼性を高め、センサ性能を向上させることができる。また、センサ素子１０とプロテクタ６２との間に、硬度がより低い導電性緩衝部材５０を介在させることにより、ガスセンサ５内で、センサ素子１０に加えられる応力を鍔部１２で分散させて、センサ素子１０の耐久性を高めることができる。

なお、本実施形態のガスセンサ５のように、後端側から主体金具２０内にプロテクタ６２を挿入し、主体金具２０から先端側へとプロテクタ６２を突出させることにより、ガスセンサ５の構成を簡素化、小型化、あるいは低コスト化できるのは、以下の理由による。すなわち、プロテクタ６２を加締めにより主体金具２０に固定する場合には、加締め部において固定のための更なる部材を設ける必要があるが、本実施形態では、プロテクタ６２を主体金具２０内に嵌め込んで固定するため、部材点数の増加を抑えることができる。そのため、ガスセンサ５の構成の簡素化および低コスト化が可能になる。また、本実施形態のように、プロテクタ６２を主体金具２０内に嵌め込んで固定する場合には、加締めや溶接によりプロテクタ６２を主体金具２０に固定する場合に比べて、固定のための動作を簡素化することができる。そのため、低コスト化を図ることができる。

また、加締めや溶接によってプロテクタを主体金具に固定する場合には、主体金具２０をステンレス鋼よりも安価な鉄にて作製すると、加締めや溶接の工程において主体金具とプロテクタとの繋ぎ目が高温になって、主体金具を構成する鉄が劣化する可能性がある。これに対して、本実施形態のように、嵌め込みによりプロテクタ６２を主体金具２０に固定する場合には、昇温に起因する鉄の劣化を抑制できるため、劣化を抑えつつ主体金具２０の材料として鉄を選択可能になる。そのため、低コスト化を図ることができる。

さらに、主体金具へのプロテクタの固定を加締めや溶接により行なう場合には、プロテクタにおいて、主体金具先端との境界近傍の所定の範囲が、加締めや溶接のために利用される。既述したように、プロテクタ６２には、排気ガスをプロテクタ６２の内部に取り込むための複数の孔部６４が形成されているが、上記した加締めや溶接のために利用される領域には、孔部６４を形成することができない。そのため、充分量の排気ガスを外側電極１０ｄに供給するために孔部６４の大きさを確保するには、軸線Ｏ方向の先端側へとプロテクタ６２をより長く形成する必要が生じる。これに対して、本実施形態のように嵌め込みによってプロテクタ６２を主体金具２０に固定するならば、プロテクタ６２において、主体金具２０の先端との境界近傍を含めたより広い範囲に孔部６４を設けることができるため、プロテクタ６２およびガスセンサ５全体を小型化することができる。

また、本実施形態のガスセンサ５では、導電性緩衝部材５０は、軸線Ｏ方向から見たときにプロテクタ６２の後端と重なる領域よりも、径方向外側に突出するように形成されている。図３は、軸線Ｏ方向に垂直な向きから見た様子を表わすが、図３では、導電性緩衝部材５０が、軸線Ｏ方向から見たときにプロテクタ６２の後端と重なる領域よりも、径方向外側に、長さαだけ突出する様子が示されている。ここで、主体金具２０の内側では、先端側に向かって急激に縮径して段部２０ｂが形成される部位（段部２０ｂの後端部）が、曲面部６５となっている（図３参照）。そのため、屈曲部６３の後端と曲面部６５とが干渉して、プロテクタ６２の先端側への突出量が不十分とならないように、屈曲部６３が後端側に延出する長さは、十分に抑えられている。本実施形態のように、軸線Ｏ方向から見たときにプロテクタ６２の後端と重なる領域よりも、径方向外側に突出するように、導電性緩衝部材５０を形成することで、導電性緩衝部材５０とセンサ素子１０との接触面積をより大きく確保することができる。そのため、導電性緩衝部材５０とセンサ素子１０との接触を安定化させて、ボディアースの信頼性を向上させることができる。このとき、センサ素子１０において、リングリード部１５が、導電性緩衝部材５０の後端と重なる位置まで後端側へと延出して形成されていれば、ボディアースの信頼性をさらに高めることができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１（構成材料に係る変形）：
実施形態のガスセンサ５では、プロテクタ６２は、導電性緩衝部材５０と同様の硬度を示すステンレス鋼によって形成し、加工硬化によって硬度が高められた屈曲部６３に比べて、導電性緩衝部材５０の硬度が低くなる構成となっている。これに対して、プロテクタ６２全体を、導電性緩衝部材５０を構成する金属に比べて硬度がより高い金属により形成しても良い。

また、実施形態のガスセンサ５では、プロテクタ６２および導電性緩衝部材５０をステンレス鋼により形成したが、十分な剛性と耐食性を有するならば、異なる材料により形成しても良い。プロテクタ６２の屈曲部６３に比べて導電性緩衝部材５０の硬度を低くすることで、実施形態と同様の効果を奏することができる。導電性緩衝部材５０の硬度は、例えば１００〜２５０Ｈｖとすることができ、屈曲部６３硬度は、例えば３００〜４５０Ｈｖとすることができる。

より具体的には、導電性緩衝部材５０は、例えば、冷間圧延鋼板であって、硬度が１３０〜１５０Ｈｖとなる鉄材であるＳＰＣＣによって形成することができる。また、導電性緩衝部材５０は、樹脂やセラミックなどの芯材を金属で被覆することによって形成しても良い。導電性緩衝部材５０全体として、屈曲部６３よりも硬度が低く、ボディアースを実現するための十分な導電性を有していれば良い。

Ｃ２．変形例２（外側電極に係る変形）：
実施形態では、外側電極１０ｄは、電極部１０ｂ、縦リード部１４、およびリングリード部１５を備え、リングリード部１５において、導電性緩衝部材５０と接触することとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、外側電極において、電極部１０ｂとリングリード部１５とを分離して設けることなく、図２でリングリード部１５を設けた位置まで電極部１０ｂを伸長して形成し、電極部１０ｂとリングリード部１５とを一体化しても良い。

実施形態では、リングリード部１５を、センサ素子１０の周方向全体に連続して形成したが、異なる構成としても良い。例えば、リングリード部１５は、センサ素子１０の外周に沿って、センサ素子１０の外表面の全周ではなく一部に伸長する形状としても良い。あるいは、リングリード部１５の形状は、センサ素子１０の周方向に帯状に伸長する形状以外の形状としても良く、プロテクタ６２の後端部と接して、ボディアース可能となる形状であればよい。

その他、縦リード部１４を基体部１８まで伸張した構成としてもよい。この場合、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面において、縦リード部１４とプロテクタ６２の屈曲部６３との接触面積が狭くなるため、ボディアースの信頼性が低くなる虞がある。しかしながら、本実施形態のごとく導電性緩衝部材５０を配置することで、当該導電性緩衝部材５０が変形することによりボディアースのための接触面積を、広く確保することができる。その結果、ガスセンサ５におけるボディアースの信頼性を高め、センサ性能を向上させることができる。

Ｃ３．変形例３（ガスセンサ全体に係る変形）：
実施形態のガスセンサ５では、プロテクタ６２の後端部の屈曲部６３が主体金具２０の段部２０ｂに係合しているが、異なる構成としてもよい。例えば、プロテクタ６２を主体金具２０内に挿入して組み付ける際に、プロテクタ６２の屈曲部６３が主体金具２０の段部２０ｂに当接するまでプロテクタ６２を押し込むのではなく、屈曲部６３と段部２０ｂとは離間していてもよい。屈曲部６３以外の箇所でプロテクタ６２が主体金具２０に接していてもよく、プロテクタ６２の屈曲部６３とセンサ素子１０の鍔部１２の間に導電性緩衝部材５０が配置されて、外側電極１０ｄが導電性緩衝部材５０およびプロテクタ６２を介して主体金具２０と電気的に接続していればよい。これにより、実施形態と同様の効果を奏することができる。

Ｃ４．変形例４（ガスセンサ全体に係る変形）：
実施形態のガスセンサ５は、被検出ガス（排気ガス）の熱を利用してセンサ素子１０を活性化するヒータレスのセンサとしたが、異なる構成としても良い。具体的には、センサ素子１０の筒孔１０ｅ内にヒータを配置して、センサ素子１０を加熱することとしても良い。

また、実施形態では、ガスセンサは酸素濃度センサとしたが、異なる構成としても良い。イオン伝導性を有する固体電解質の両面に積層された一対の電極を有し、各電極上の特定ガス成分の濃度差（分圧差）により起電力を生じる濃淡電池を備えるセンサであれば、本願発明を適用することにより、同様の効果が得られる。

５…ガスセンサ
１０…センサ素子
１０ａ…内側電極
１０ｂ…電極部
１０ｃ…外部リード部
１０ｄ…外側電極
１０ｅ…筒孔
１１…固体電解質体
１２…鍔部
１３…有底部
１４…縦リード部
１５…リングリード部
１８…基体部
２０…主体金具
２０ａ…屈曲部
２０ｂ…段部
２０ｃ…鍔部
２０ｄ…雄ねじ部
２９…ガスケット
３１…粉体充填部
３２…絶縁部材
３３…金属リング
３４…セパレータ
３５…挿通孔
３６…グロメット
３７…フィルタ
３８…保護外筒
３９…第２通気孔
４０…外筒
４１…第１通気孔
５０…導電性緩衝部材
６０…リード線
６２…プロテクタ
６３…屈曲部
６４…孔部
６５…曲面部
７０…接続端子

Claims

軸線方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状のセンサ素子であって、固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の外表面に設けられた外側電極と、を備えるセンサ素子と、
前記センサ素子の後端側の部分を収納すると共に、前記外側電極を含む前記センサ素子の先端側の部分を突出させる主体金具と、
前記主体金具の先端側に配置され、前記主体金具から突出する前記センサ素子の先端側の部分を覆い、導電性材料によって構成されるプロテクタと、
を備えるガスセンサにおいて、
前記主体金具は、自身の内壁面において、径方向内側に突出する第１の係合部を有し、
前記プロテクタは、自身の後端側の端部近傍において、径方向外側に突出する第２の係合部が形成されると共に、前記第２の係合部を前記第１の係合部に係止させつつ、前記主体金具内から先端側に突出するように配置されており、
前記センサ素子は、前記主体金具内で前記第１の係合部と共に前記第２の係合部を挟むように、径方向外側に突出して設けられた第３の係合部であって、表面の少なくとも一部に前記外側電極が形成された第３の係合部を有し、
前記第３の係合部における前記外側電極が形成された領域と前記第２の係合部の双方に接触するように、前記第２の係合部と前記第３の係合部の間において、前記第２の係合部よりも硬度が低く、かつ導電性材料から成る導電性緩衝部材が配置されていることを特徴とする
ガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサであって、
前記導電性緩衝部材は、前記軸線方向から見たときに前記プロテクタの後端と重なる領域よりも、径方向外側に突出するように形成されていることを特徴とする
ガスセンサ。
請求項１または２に記載のガスセンサであって、
前記導電性緩衝部材の硬度は、１００〜２５０Ｈｖであり、前記第２の係合部の硬度は、３００〜４５０Ｈｖであることを特徴とする
ガスセンサ。