JP5989947B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

ガスセンサとしては、例えば、自動車等の排気管に取り付けて、排気ガスなどの被測定ガスに含まれる特定ガス成分を検出するガスセンサが知られている。このガスセンサの具体的な形態としては、例えば、軸線方向に延びる形態をなし、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、軸線方向に延びる筒状をなし、自身の先端からガス検出素子の先端部を突出させた状態で、ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、軸線方向に延びる筒状をなし、主体金具の後端側に配置された外筒体とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５６３１２号公報

特許文献１のガスセンサでは、主体金具が、自身の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて形成された環状の屈曲部を有している。また、外筒体が、自身の先端部が径方向外側に屈曲した形態の環状の鍔部を有している。そして、外筒体の鍔部が、主体金具の径方向内側に配置され、主体金具の屈曲部によって軸線方向の先端側に押圧される形態で固定されている。

ところで、主体金具は、その一部（後端側の部位）がガスセンサ使用時において外部に露出するため、従来、耐食性を考慮して、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されていた。これに対し、本願発明者は、主体金具を、本体部と、この本体部を被覆するメッキ層（本体部よりも耐食性の高いメッキ層）とにより形成することを提案している。本体部は、安価な材料により形成するのが好ましく、例えば、炭素鋼により形成する。この本体部をメッキ層で被覆することで、本体部の腐食防止を図る。

ところが、特許文献１のガスセンサのように、主体金具の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて屈曲部を形成し、この屈曲部によって、外筒体の鍔部を、軸線方向先端側に押圧して固定する形態とした場合に、次のような不具合が生じる虞があった。具体的には、主体金具の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて屈曲部を形成したときに、後端部（屈曲部）の外面に大きな引張応力が作用し、これが原因で、屈曲部の外面においてメッキ層に亀裂や剥離が生じる虞があった。これにより、屈曲部の本体部が外部に露出して、本体部が腐食する虞があった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、本体部と、この本体部を被覆するメッキ層とからなる主体金具について、屈曲部の外面における加締めによるメッキ層の亀裂や剥離が防止され、屈曲部の腐食が防止されたガスセンサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、軸線方向に延びる形態をなし、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、上記軸線方向に延びる筒状をなし、自身の先端から上記ガス検出素子の先端部を突出させた状態で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具であって、自身の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて形成された環状の屈曲部を有する主体金具と、上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記主体金具の後端側に配置された外筒体であって、自身の先端部が径方向外側に屈曲した形態の環状の鍔部を有する外筒体と、を備え、上記外筒体の上記鍔部が、上記主体金具の径方向内側に配置され、上記主体金具の上記屈曲部によって上記軸線方向の先端側に押圧される形態で固定されてなるガスセンサにおいて、上記主体金具は、本体部と、上記本体部を被覆するメッキ層と、からなり、上記屈曲部の外面の最小曲率半径が、１．５ｍｍ以上とされてなり、上記ガス検出素子は、筒形状であり、上記主体金具の上記屈曲部と上記外筒体の上記鍔部との間には、環状の板パッキンが介在しており、上記外筒体の上記鍔部は、上記主体金具の上記屈曲部によって上記軸線方向先端側に押圧された上記板パッキンを通じて、上記軸線方向先端側に押圧されており、上記板パッキンの内径をＤ１、外径をＤ２としたとき、上記主体金具の上記屈曲部は、上記板パッキンのうち少なくとも（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位を、上記軸線方向先端側に押圧し、上記環状部位を通じて上記外筒体の上記鍔部を上記軸線方向先端側に押圧してなるガスセンサである。

上述のガスセンサでは、主体金具として、本体部と、この本体部を被覆するメッキ層（本体部よりも耐食性の高いメッキ層）とからなる主体金具を用いている。
しかも、上述のガスセンサでは、屈曲部の外面の最小曲率半径を１．５ｍｍ以上としている。主体金具の加締めにより形成する屈曲部の外面における最小曲率半径を１．５ｍｍ以上と大きくすることで、屈曲部の外面において、加締めによるメッキ層の亀裂や剥離が防止され、本体部が外部に露出するのを防止することができる。これにより、屈曲部の本体部の腐食を防止することができる。
なお、メッキ層としては、例えば、クロメート処理したニッケルメッキ層を挙げることができる。
さらに、上述のガスセンサでは、主体金具の屈曲部が、板パッキンのうち、少なくとも（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位（板パッキンの幅寸法の５０％以上の幅寸法を有する環状部位）を、軸線方向先端側に押圧し、上記環状部位を通じて外筒体の鍔部を軸線方向先端側に押圧する形態としている。これにより、主体金具の屈曲部によって外筒体の鍔部を強固に押圧して固定することができると共に、主体金具の屈曲部と外筒体の鍔部との間の気密性を高めることができる。
なお、板パッキン及び環状部位の幅寸法とは、その外径から内径を差し引いた寸法をいう。内径がＤ１で外径がＤ２の板パッキンの幅寸法は、（Ｄ２−Ｄ１）である。

さらに、上記のガスセンサであって、前記主体金具の内周面と前記ガス検出素子の外周面との間に圧縮充填された充填部材と、上記記主体金具の内側で且つ上記充填部材よりも後端側に位置し、上記充填部材を前記軸線方向先端側に押圧して圧縮する押圧部材と、を備え、上記押圧部材は、上記主体金具の前記屈曲部よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記屈曲部によって、前記外筒体の前記鍔部と共に上記軸線方向先端側に押圧されて、上記充填部材を上記軸線方向先端側に押圧してなり、上記主体金具は、上記屈曲部よりも先端側に位置し、冷間加締めによって上記屈曲部と共に形成された座屈部であって、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部、を備え、上記座屈部は、上記押圧部材と離間してなるガスセンサとすると良い。

上述のガスセンサでは、主体金具の屈曲部によって、押圧部材を、外筒体の鍔部と共に軸線方向先端側に押圧している。これにより、押圧部材によって充填部材を軸線方向先端側に押圧することができ、これによって、充填部材を、主体金具の内周面とガス検出素子の外周面との間に隙間無く充填することができる。これにより、充填部材によって、主体金具の内周面とガス検出素子の外周面との間を気密にすることができる。

ところで、前述のように、屈曲部の曲率半径を大きくすることで、その外面において、加締めによるメッキ層の亀裂や剥離が防止され、本体部が外部に露出するのを防止することができる。ところが、屈曲部の曲率半径が大きくなるにしたがって、屈曲部によって、押圧部材を軸線方向先端側に押圧する力が弱くなり、その結果、充填部材による気密性が低下する虞がある。

これに対し、主体金具において、屈曲部よりも先端側の位置に、加締めにより屈曲部と共に座屈部を形成することで、屈曲部によって、押圧部材を軸線方向先端側に押圧する力を高め、その結果、充填部材による気密性を高めることができる。詳細には、主体金具が座屈した分だけ、屈曲部と押圧部材との間の軸線方向距離が短くなるので、屈曲部により押圧部材を軸線方向先端側に押圧する力を増大させることができる。例えば、主体金具を熱加締めすることで、屈曲部と共に座屈部を形成することができる。

しかしながら、主体金具を熱加締めした場合、座屈部は、主体金具の径方向外側と内側の両側に膨らんで座屈した形状となる。このため、主体金具の内周面と押圧部材との間に隙間がない（あるいは、極めて小さな隙間しかない）小型化されたガスセンサの場合、主体金具に対し熱加締めを行うと、座屈部が形成される部位が径方向内側に膨らもうとして押圧部材と干渉してしまい、十分に主体金具を座屈させることができない虞があった。このために、屈曲部により押圧部材を軸線方向先端側に押圧する力が不足し、充填部材による気密性が低下する虞があった。

そこで、上述のガスセンサでは、熱加締めではなく、冷間加締めによって、屈曲部と共に、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部を形成している。冷間加締めにより主体金具を座屈させた場合、径方向内側に膨らむことなく、径方向外側にのみ膨む形態で座屈する。これにより、上述のガスセンサは、座屈部が押圧部材と離間したガスセンサとなる。このため、主体金具の内周面と押圧部材との間に隙間がない（あるいは、極めて小さな隙間しかない）小型化されたガスセンサであっても、加締めて形成する座屈部が押圧部材と干渉することがなく、屈曲部により押圧部材を軸線方向先端側に適切に押圧することができる。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記主体金具の前記本体部は、炭素鋼からなるガスセンサとすると良い。

主体金具の本体部を炭素鋼により形成することで、従来のように主体金具をステンレス鋼により形成する場合に比べて、安価となる。
なお、主体金具の本体部を炭素鋼により形成した場合には、熱加締めによって、屈曲部及び座屈部を形成するのは好ましくない。熱加締めでは、屈曲部及び座屈部を適切に形成することができない虞があり、また、炭素鋼を構成する鉄が酸化して脆くなる虞があるからである。しかしながら、前述のように、本願では、主体金具の冷間加締めによって、屈曲部及び座屈部を形成するので、上記のような不具合が生じる虞がない。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記主体金具は、自身の先端側に位置し、上記ガスセンサが取り付けられる被取付部材に上記ガスセンサを取り付けるためのネジ部と、上記ネジ部よりも後端側に位置し、上記ネジ部を上記被取付部材のネジ孔に螺挿するための工具を係合させる工具係合部と、前記屈曲部よりも先端側に位置し、冷間加締めによって上記屈曲部と共に形成された座屈部であって、径方向外側に膨らんだ筒形状をなす座屈部と、を備え、上記座屈部は、上記工具係合部よりも後端側に位置してなるガスセンサとすると良い。

上述のガスセンサでは、主体金具の冷間加締めによって、屈曲部と共に、径方向外側に膨らんだ筒形状をなす座屈部を形成している。ところで、冷間加締めにより座屈変形させた座屈部は、元々、冷間加締めによって適切に座屈変形するように肉厚が薄くされているため、剛性が低い。このため、軸線方向について、座屈部が、工具係合部とネジ部との間に位置している場合には、工具係合部に工具（例えば、六角レンチ）を係合させて、ネジ部を被取付部材（例えば、排気管）のネジ孔に螺挿するようにして主体金具を締め付けたとき、座屈部に締め付けトルクがかかり、座屈部が破損する（ねじ切れる）虞がある。

これに対し、上述のガスセンサでは、座屈部が、ネジ部よりも後端側に位置する工具係合部（例えば、六角形状の部位）よりも、さらに後端側に位置している。すなわち、軸線方向について、座屈部が、工具係合部に対し、ネジ部とは反対側に位置している（座屈部が、ネジ部と工具係合部との間に存在しない）。これにより、工具係合部に工具を係合させて、ネジ部を被取付部材のネジ孔に螺挿するようにして主体金具を締め付けたとき、座屈部に締め付けトルクがかかることがなく、座屈部が破損する（ねじ切れる）虞がない。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記主体金具の内周面と前記ガス検出素子の外周面との間に充填された充填部材と、上記充填部材よりも後端側に位置し、上記充填部材を前記軸線方向先端側に押圧して圧縮する押圧部材と、を備え、前記外筒体のうち、上記主体金具の前記屈曲部によって上記軸線方向先端側に押圧される前記鍔部は、自身の先端側に位置する上記押圧部材を、直接、上記軸線方向先端側に押圧してなるガスセンサとすると良い。

上記ガスセンサでは、外筒体を固定するために設けた鍔部を、押圧部材を軸線方向先端側に押圧するためにも利用している。しかも、鍔部によって、直接、押圧部材を軸線方向先端側に押圧している。このため、別途、押圧部材を押圧する部材を設ける場合に比べて、構成部品を低減でき、構造も簡略化することできるので、低コストとなる。

外筒体の鍔部によって押圧部材を軸線方向先端側に押圧することで、押圧部材によって充填部材を軸線方向先端側に押圧することができ、これによって、充填部材を、主体金具の内周面とガス検出素子の外周面との間に隙間無く充填することができる。これにより、充填部材によって、主体金具の内周面とガス検出素子の外周面との間を気密にすることができる。

さらに、上記のガスセンサであって、前記主体金具の外面を構成する前記メッキ層をなす金属と、前記板パッキンの外面を構成する金属と、前記外筒体の外面を構成する金属とは、腐食電位が同等であるガスセンサとすると良い。

主体金具の外面を構成するメッキ層をなす金属と、板パッキンの外面を構成する金属と、外筒体の外面を構成する金属とについて、腐食電位が異なる場合、主体金具の屈曲部、板パッキン、及び外筒体の鍔部に、水や電解液（電解質が溶解した水溶液）が付着した場合に、腐食電位が低い金属が溶解（イオン化）する虞がある。例えば、主体金具の外面を構成するメッキ層をなす金属が、板パッキンの外面を構成する金属及び外筒体の外面を構成する金属よりも腐食電位が低い場合には、メッキ層が溶解して内部の本体部が露出する虞がある。これにより、主体金具の屈曲部が腐食してしまう虞がある。

これに対し、上述のガスセンサでは、主体金具の外面を構成するメッキ層をなす金属と、上記パッキンの外面を構成する金属と、外筒体の外面を構成する金属とが、腐食電位が同等であるので、上記のような不具合が発生する虞がない。

実施形態にかかるガスセンサの縦断面図である。 図１のＢ部拡大図である。 板パッキンの平面図である。 板パッキンの断面図である。 主体金具の冷間加締めを説明する図である。 主体金具の冷間加締めを説明する図である。 他の形態にかかるガスセンサの部分拡大断面図である。 他の形態にかかるガスセンサの部分拡大断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のガスセンサ１００の断面図である。ガスセンサ１００は、ガス検出素子１２０と、外側電極１１１と、内側電極１１２と、主体金具１６０と、第１外筒体１３０と、プロテクタ１７０とを有している。

主体金具１６０は、軸線方向に延びる略円筒状をなし、自身の先端（図１において下端）からガス検出素子１２０の先端部１２０ｂを突出させた状態で、ガス検出素子１２０の周囲を取り囲んでいる。この主体金具１６０は、炭素鋼からなる本体部１６０ｂと、この本体部１６０ｂを被覆するメッキ層１６０ｃ（炭素鋼よりも耐食性の高いメッキ層）とからなる（図２参照）。なお、本実施形態では、メッキ層１６０ｃとして、クロメート処理したニッケルメッキ層を用いている。

また、主体金具１６０は、後述するガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅ及びプロテクタ１７０の後端部１７１を支持する支持面１６７を有している。この支持面１６７は、後端側（図１において上側）に向かうにしたがって拡径するテーパ面である。

さらに、主体金具１６０は、自身の先端側に、ガスセンサ１００を被取付部材（本実施形態では、排気管）に取り付けるためのネジ部１６５を有している。さらに、ネジ部１６５よりも後端側の位置に、ネジ部１６５を被取付部材（排気管）のネジ孔に螺挿するための工具を係合させる工具係合部１６６（六角形状をなす部位）を有している。さらに、主体金具１６０は、自身の後端部１６２を径方向内側に屈曲させるように加締めて形成された環状の屈曲部１６１を有している。

ガス検出素子１２０は、軸線方向（軸線ＡＸに沿う方向、図１において上下方向）に延びる形態をなし、先端側（図１において下端側）が被測定ガス（本実施形態では、排気ガス）に晒される。このガス検出素子１２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなり、先端部１２０ｂが閉塞された略円筒形状を有している。このガス検出素子１２０の軸線方向中央部には、径方向外側に突出する形態の鍔部１２０ｅが設けられている。ガス検出素子１２０は、鍔部１２０ｅの先端面と主体金具１６０の支持面１６７との間に、金属製のパッキン１４２及びプロテクタ１７０の後端部１７１を挟んだ状態で、主体金具１６０内に配置固定されている。

なお、ガス検出素子１２０を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃またはＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使用しても良い。さらには、これにＨｆＯ₂が含有されていても良い。
また、本実施形態では、軸線方向について、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂ側を先端側、その反対側を後端側とする。

プロテクタ１７０は、金属からなり、略円筒状をなしている。このプロテクタ１７０は、被測定ガス（排気ガス）をガスセンサ１００の内部に導入するための通気孔１７０ｂを有している。プロテクタ１７０は、その後端側から主体金具１６０の内部に挿入され、通気孔１７０ｂを有する先端部１７２を外部に露出させた状態とされている。プロテクタ１７０の後端部１７１は、径方向外側に屈曲されて鍔状をなし、ガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅと主体金具１６０の支持面１６７との間に、パッキン１４２と共に挟まれて固定されている。

第１外筒体１３０は、軸線方向に延びる円筒状をなし、主体金具１６０の後端側に配置されている。この第１外筒体１３０は、炭素鋼からなる本体部１３０ｂと、この本体部１３０ｂを被覆するメッキ層１３０ｃ（炭素鋼よりも耐食性の高いメッキ層）とからなる（図２参照）。なお、本実施形態では、主体金具１６０と同様に、メッキ層１３０ｃとして、クロメート処理したニッケルメッキ層を用いている。

また、第１外筒体１３０は、自身の先端部が径方向外側に屈曲した形態の環状の鍔部１３１を有している。この鍔部１３１は、主体金具１６０の後端部１６２の径方向内側に配置され、主体金具１６０の屈曲部１６１によって軸線方向先端側（図１において下側）に押圧される形態で固定されている。詳細には、主体金具１６０の屈曲部１６１と第１外筒体１３０の鍔部１３１との間には、板パッキン１４４が介在しており、第１外筒体１３０の鍔部１３１は、主体金具１６０の屈曲部１６１によって軸線方向先端側に押圧された板パッキン１４４を通じて、軸線方向先端側に押圧されている。

板パッキン１４４は、図３及び図４に示すように、平面視円環状で、側面視平板状をなしている。この板パッキン１４４の内径をＤ１、外径をＤ２とすると、板パッキン１４４の幅寸法は、（Ｄ２−Ｄ１）で表される。この板パッキン１４４は、炭素鋼からなる本体部１４４ｂと、この本体部１４４ｂを被覆するメッキ層１４４ｃ（炭素鋼よりも耐食性の高いメッキ層）とからなる（図２参照）。なお、本実施形態では、主体金具１６０と同様に、メッキ層１４４ｃとして、クロメート処理したニッケルメッキ層を用いている。

外側電極１１１は、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したもので、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂの外面全体を被覆するように設けられている。なお、この外側電極１１１は、ガス検出素子１２０の先端部１２０ｂの後端から鍔部１２０ｅの先端面にわたって線状に設けられており、パッキン１４２及びプロテクタ１７０を通じて主体金具１６０に電気的に接続される。
内側電極１１２も、ＰｔあるいはＰｔ合金を多孔質に形成したものであり、ガス検出素子１２０の内面を被覆するように設けられている。

第１外筒体１３０の鍔部１３１の先端側には、絶縁性セラミック（具体的には、アルミナ）からなる押圧部材１４０が配置されている。この押圧部材１４０は、円筒形状をなし、ガス検出素子１２０に外嵌され、後述する充填部材１４１を軸線方向先端側に押圧して圧縮している。

充填部材１４１は、滑石粉末からなり、主体金具１６０の内周面１６０ｄとガス検出素子１２０の外周面１２０ｃとの間に充填されている。詳細には、この充填部材１４１は、押圧部材１４０とガス検出素子１２０の鍔部１２０ｅ及び主体金具１６０の保持部１６８との間に位置し、押圧部材１４０による押圧により、押圧部材１４０と鍔部１２０ｅ及び保持部１６８との間において圧縮されて、主体金具１６０の内周面１６０ｄとガス検出素子１２０の外周面１２０ｃとの間を気密に封止している。なお、充填部材１４１は、滑石粉末に限られず、例えば窒化ホウ素粉末等であってもよい。

より具体的には、主体金具１６０の屈曲部１６１によって、押圧部材１４０を、第１外筒体１３０の鍔部１３１と共に軸線方向先端側に押圧している。これにより、押圧部材１４０によって充填部材１４１を軸線方向先端側に押圧することができ、これによって、滑石粉末からなる充填部材１４１を、主体金具１６０の内周面１６０ｄとガス検出素子１２０の外周面１２０ｃとの間に隙間無く充填することができる。

特に、本実施形態では、第１外筒体１３０のうち、主体金具１６０の屈曲部１６１によって軸線方向先端側に押圧される鍔部１３１が、自身の先端側に位置する押圧部材１４０を、直接、軸線方向先端側に押圧している。すなわち、第１外筒体１３０を固定するために設けた鍔部１３１を、押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧するためにも利用している。しかも、鍔部１３１によって、直接、押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧している。このため、別途、押圧部材１４０を押圧する部材を設ける場合に比べて、構成部品を低減でき、構造も簡略化することできるので、低コストとなる。

第１外筒体１３０の鍔部１３１によって押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧することで、押圧部材１４０によって充填部材１４１を軸線方向先端側に押圧することができ、これによって、滑石粉末からなる充填部材１４１を、主体金具１６０の内周面１６０ｄとガス検出素子１２０の外周面１２０ｃとの間に隙間無く充填することができる。これにより、充填部材１４１によって、主体金具１６０の内周面１６０ｄとガス検出素子１２０の外周面１２０ｃとの間を気密にすることができる。

また、第１外筒体１３０の径方向外側には、第２外筒体１３５が設けられている。この第２外筒体１３５は、軸線方向に延びる円筒状をなし、第１外筒体１３０との間に円筒状のフィルタ１３８を挟んだ状態で、第１外筒体１３０に対し加締め固定されている。フィルタ１３８は、通気性を有し且つ防水性を有するＰＴＦＥにより形成されている。

第１外筒体１３０及び第２外筒体１３５の後端部の径方向内側には、フッ素ゴムで構成されたグロメット１４６が配置されている。このグロメット１４６の中心部には、自身を軸線方向に貫通する貫通孔１４６ｂが形成されている。
また、グロメット１４６の先端側（図１において下側）には、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ１４８が設けられている。このセパレータ１４８の中心部には、自身を軸線方向に貫通する貫通孔１４８ｂが形成されている。

グロメット１４６の貫通孔１４６ｂ及びセパレータ１４８の貫通孔１４８ｂには、外部装置に接続する出力リード線１５１が挿入されている。さらに、出力リード線１５１は、出力端子部材１５３に電気的に接続している。出力端子部材１５３は、弾性的に拡径及び縮径可能な略円筒状の接続部１５３ｂを有している。この接続部１５３ｂは、ガス検出素子１２０の内面に設けられた内側電極１１２に対し、弾性的に圧接している。これにより、出力端子部材１５３が、内側電極１１２に電気的に接続している。

ところで、本実施形態では、前述のように、主体金具１６０として、炭素鋼からなる本体部１６０ｂと、この本体部１６０ｂを被覆するメッキ層１６０ｃ（クロメート処理したニッケルメッキ層）とからなる主体金具１６０を用いている（図２参照）。しかも、本実施形態では、主体金具１６０の後端部１６２を径方向内側に屈曲させるように加締めて屈曲部１６１を形成し、この屈曲部１６１によって、第１外筒体１３０の鍔部１３１を、軸線方向先端側に押圧して固定している。

従来、このような形態とした場合には、次のような不具合が生じる虞があった。具体的には、主体金具の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて屈曲部を形成したときに、後端部（屈曲部）の外面に大きな引張応力が作用し、これが原因で、屈曲部の外面においてメッキ層の亀裂や剥離が生じる虞があった。これにより、屈曲部の本体部が外部に露出して、本体部を構成する炭素鋼（主成分である鉄）が腐食する虞があった。

これに対し、本実施形態では、屈曲部１６１の外面１６１ｆにおける曲率半径Ｒの最小値（最小曲率半径）を１．５ｍｍ以上としている。主体金具１６０の加締めにより形成する屈曲部１６１の外面１６１ｆにおける最小曲率半径を１．５ｍｍ以上と大きくすることで、屈曲部１６１の外面１６１ｆにおいて、加締めによるメッキ層の亀裂や剥離が防止され、本体部１６０ｂを構成する炭素鋼が外部に露出するのを防止することができる。これにより、屈曲部１６１において本体部１６０ｂの腐食を防止することができる。

また、本実施形態では、主体金具１６０を冷間加締めすることにより、屈曲部１６１と共に、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部１６３を形成している（図１参照）。ここで、本実施形態の主体金具の冷間加締めについて、詳細に説明する。

図５に示すように、後端部１６２が軸線方向に延びる円筒形状である主体金具１６０を用意する。そして、この主体金具１６０の内側に、ガス検出素子１２０、充填部材１４１、押圧部材１４０、第１外筒体１３０の鍔部１３１、及び板パッキン１４４を配置した状態で、主体金具１６０の上方から加締め金型１０を下方（軸線方向先端側）に移動させて、主体金具１６０を冷間加締めする。これにより、図６に示すように、主体金具１６０の後端部１６２を径方向内側に屈曲させて屈曲部１６１を形成すると共に、後端部１６２よりも薄肉とされた薄肉部１６３Ｂを座屈させて座屈部１６３を形成する。

ところで、本実施形態では、前述のように、屈曲部１６１の曲率半径Ｒを大きくすることで、その外面１６１ｆにおいて、加締めによるメッキ層１６０ｃの亀裂や剥離を防止して、本体部１６０ｂが外部に露出するのを防止している。ところが、屈曲部１６１の曲率半径Ｒが大きくなるにしたがって、屈曲部１６１によって、押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧する力が弱くなり、その結果、充填部材１４１による気密性が低下する虞がある。

これに対し、主体金具１６０において、屈曲部１６１よりも先端側の位置に、加締めにより屈曲部１６１と共に座屈部１６３を形成することで、屈曲部１６１によって、押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧する力を高め、その結果、充填部材１４１による気密性を高めることができる。詳細には、主体金具１６０の薄肉部１６３Ｂが座屈した分だけ、屈曲部１６１と押圧部材１４０との間の軸線方向距離が短くなるので、屈曲部１６１により押圧部材１４０を軸線方向先端側に押圧する力を増大させることができる。

しかしながら、熱加締めにより、主体金具を加締めした場合、座屈部は、主体金具の径方向外側と内側の両側に膨らんで座屈した形状となる。このため、本実施形態のように、主体金具の内周面と押圧部材との間に隙間がほとんどない小型化されたガスセンサの場合、主体金具に対し熱加締めを行うと、座屈部が形成される部位が径方向内側に膨らもうとして押圧部材と干渉してしまい、十分に主体金具を座屈させることができない虞があった。このために、屈曲部により押圧部材を軸線方向先端側に押圧する力が不足し、充填部材による気密性が低下する虞があった。

このため、本実施形態では、前述のように、熱加締めではなく、冷間加締めによって、屈曲部１６１と共に、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部１６３を形成している。冷間加締めにより主体金具１６０の薄肉部１６３Ｂを座屈させた場合、図６に示すように、薄肉部１６３Ｂは、径方向内側に膨らむことなく、径方向外側にのみ膨む形態で座屈する。これにより、本実施形態のガスセンサ１００は、座屈部１６３が押圧部材１４０と離間したガスセンサとなる（図１及び図６参照）。従って、本実施形態のガスセンサ１００は、主体金具１６０の内周面と押圧部材１４０との間隙（径方向距離）が主体金具１６０の薄肉部１６３Ｂ（座屈部１６３）の厚さ以下であるような、隙間がほとんどない小型化されたガスセンサであるが、加締めによって形成される座屈部１６３が押圧部材１４０と干渉することがなく、屈曲部１６１により押圧部材１４０を軸線方向先端側に適切に押圧することができる。

しかも、本実施形態では、主体金具１６０の屈曲部１６１が、板パッキン１４４のうち、少なくとも（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位１４４ｄ（板パッキンの幅寸法の５０％以上の幅寸法を有する環状部位１４４ｄ）を、軸線方向先端側に押圧し、環状部位１４４ｄを通じて、第１外筒体１３０の鍔部１３１を軸線方向先端側に押圧する形態としている（図２参照）。これにより、主体金具１６０の屈曲部１６１によって第１外筒体１３０の鍔部１３１を強固に押圧して固定することができると共に、主体金具１６０の屈曲部１６１と第１外筒体１３０の鍔部１３１との間の気密性を高めることができる。

なお、本実施形態では、主体金具１６０の屈曲部１６１が、板パッキン１４４の幅全体を軸線方向先端側に押圧している（図２参照）。すなわち、環状部位１４４ｄが板パッキン１４４の全体に一致し、環状部位１４４ｄは、（Ｄ２−Ｄ１）の幅寸法を有する部位（板パッキン１４４の幅寸法の１００％の幅寸法を有する部位）となっている。

また、本実施形態では、前述のように、主体金具１６０の本体部１６０ｂを炭素鋼により形成している。主体金具１６０の本体部１６０ｂを炭素鋼により形成することで、従来のように主体金具をステンレス鋼により形成する場合に比べて、安価となる。
なお、主体金具１６０の本体部１６０ｂを炭素鋼により形成した場合には、熱加締めによって、屈曲部１６１及び座屈部１６３を形成するのは好ましくない。熱加締めでは、屈曲部１６１及び座屈部１６３を適切に形成することができない虞があり、また、炭素鋼を構成する鉄が酸化して脆くなる虞があるからである。しかしながら、前述のように、本実施形態では、主体金具１６０の冷間加締めによって、屈曲部１６１と共に座屈部１６３を形成するので、上記のような不具合が生じる虞がない。

ところで、主体金具１６０の座屈部１６３は、冷間加締めにより、薄肉部１６３Ｂを座屈変形させた部位である。座屈部１６３となる薄肉部１６３Ｂは、冷間加締めによって適切に座屈変形するように肉厚が薄くされているため、剛性が低い。このため、軸線方向について、座屈部１６３が、工具係合部１６６とネジ部１６５との間に位置している場合には、工具係合部１６６に工具（例えば、六角レンチ）を係合させて、ネジ部１６５を被取付部材（排気管）のネジ孔に螺挿するようにして主体金具１６０を締め付けたとき、座屈部１６３に締め付けトルクがかかり、座屈部１６３が破損する（ねじ切れる）虞がある。

これに対し、本実施形態のガスセンサ１００では、座屈部１６３が、ネジ部１６５よりも後端側に位置する工具係合部１６６（六角形状の部位）よりも、さらに後端側に位置している。すなわち、軸線方向について、座屈部１６３が、工具係合部１６６に対し、ネジ部１６５とは反対側に位置している（座屈部１６３が、ネジ部１６５と工具係合部１６６との間に存在しない）。これにより、工具係合部１６６に工具を係合させて、ネジ部１６５を被取付部材のネジ孔に螺挿するようにして主体金具１６０を締め付けたとき、座屈部１６３に締め付けトルクがかかることがなく、座屈部１６３が破損する（ねじ切れる）虞がない。

また、主体金具の外面を構成する金属と、板パッキンの外面を構成する金属と、第１外筒体の外面を構成する金属とについて、互いの腐食電位が異なる場合には、次のような不具合が生じる虞がある。具体的には、主体金具の屈曲部、板パッキン、及び第１外筒体の鍔部に、水や電解液（電解質が溶解した水溶液）が付着した場合に、腐食電位が低い金属が溶解（イオン化）する虞がある。例えば、主体金具の外面を構成する金属が、板パッキンの外面を構成する金属及び第１外筒体の外面を構成する金属よりも腐食電位が低い場合には、主体金具の外面を構成する金属（メッキ層）が溶解して、内部の本体部（炭素鋼）が露出する虞がある。これにより、主体金具の屈曲部が腐食してしまう虞がある。

これに対し、本実施形態では、主体金具１６０の外面、板パッキン１４４の外面、第１外筒体１３０の外面を、いずれも、クロメート処理したニッケルメッキ層により構成している。これにより、主体金具１６０の外面を構成する金属と、板パッキン１４４の外面を構成する金属と、第１外筒体１３０の外面を構成する金属とについて、互いの腐食電位を同等としている。このため、上記のような不具合が発生する虞がない。

（促進腐食試験）
次に、主体金具の屈曲部の外面における曲率半径Ｒの最小値（最小曲率半径）が異なるサンプル（サンプル１〜５）を用意した。具体的には、押圧面の曲率が異なる加締め金型による冷間加締めにより、各サンプルの主体金具について、外面における曲率半径Ｒの最小値（最小曲率半径）が異なる屈曲部を形成した。

サンプル１では、主体金具の冷間加締めにより、外面の最小曲率半径を１．０ｍｍとした屈曲部を形成した。サンプル２では、外面の最小曲率半径を１．２ｍｍとした屈曲部を形成した。サンプル３では、外面の最小曲率半径を１．５ｍｍとした屈曲部を形成した。サンプル４では、外面の最小曲率半径を１．７ｍｍとした屈曲部を形成した。サンプル５では、外面の最小曲率半径を１．９ｍｍとした屈曲部を形成した。
なお、各サンプルの主体金具は、実施形態と同様に、炭素鋼からなる本体部と、この本体部を被覆するメッキ層（クロメート処理したニッケルメッキ層）とからなる。

次いで、これらのサンプルについて、促進腐食試験を行った。具体的には、JIS H 8502に準拠した塩水噴霧試験を行った。詳細には、各サンプルの屈曲部の外面に塩水を噴霧し、２４時間経過した後に、屈曲部の外面に赤錆が発生したか否かを確認した。その結果を表１に示す。本試験によって、赤錆が発生したサンプルでは、冷間加締めにより、屈曲部の外面においてメッキ層の亀裂等が発生し、本体部が露出したと判断することができる。一方、赤錆が発生しなかったサンプルでは、屈曲部の外面においてメッキ層の亀裂等が発生せず、本体部は露出していないと判断することができる。

表１に示すように、外面の最小曲率半径を１．０ｍｍ、１．２ｍｍとしたサンプル１，２では、赤錆が発生した。従って、サンプル１，２では、冷間加締めにより、屈曲部の外面においてメッキ層の亀裂等が発生し、本体部が露出したと判断することができる。
一方、外面の最小曲率半径を１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍとしたサンプル３〜５では、赤錆が発生しなかった。従って、サンプル３〜５では、冷間加締めにより、屈曲部の外面においてメッキ層の亀裂等が発生せず、本体部は露出しなかった判断することができる。

以上の結果より、主体金具の加締めにより形成する屈曲部の外面における最小曲率半径を１．５ｍｍ以上とすることで、その外面において、加締めによるメッキ層の亀裂や剥離が防止され、本体部が外部に露出するのを防止することができるといえる。これにより、屈曲部の腐食（錆の発生）を防止することができるといえる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施形態では、主体金具１６０の屈曲部１６１が、板パッキン１４４の幅全体を軸線方向先端側に押圧する形態とした（図２参照）。すなわち、屈曲部１６１によって押圧される環状部位１４４ｄが板パッキン１４４の全体に一致し、環状部位１４４ｄは、（Ｄ２−Ｄ１）の幅寸法を有する部位（板パッキン１４４の幅寸法の１００％の幅寸法を有する部位）となっていた。

しかしながら、図７に示すガスセンサ２００のように、主体金具２６０の屈曲部２６１が、板パッキン１４４のうち、３（Ｄ２−Ｄ１）／４の幅寸法を有する環状部位２４４ｄ（板パッキンの幅寸法の７５％の幅寸法を有する環状部位２４４ｄ）を、軸線方向先端側に押圧する形態としても良い。
また、図８に示すガスセンサ３００のように、主体金具３６０の屈曲部３６１が、板パッキン１４４のうち、（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位３４４ｄ（板パッキンの幅寸法の５０％の幅寸法を有する環状部位３４４ｄ）を、軸線方向先端側に押圧する形態としても良い。

すなわち、主体金具の屈曲部が、板パッキンのうち、少なくとも（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位（板パッキンの幅寸法の５０％以上の幅寸法を有する環状部位）を、軸線方向先端側に押圧し、この環状部位を通じて、第１外筒体の鍔部を軸線方向先端側に押圧する形態とすれば良い。このようにすることで、主体金具の屈曲部によって第１外筒体の鍔部を強固に押圧して固定することができると共に、主体金具の屈曲部と第１外筒体の鍔部との間の気密性を高めることができる。

１００，２００，３００ ガスセンサ
１２０ ガス検出素子
１２０ｂ 先端部
１２０ｃ 外周面
１３０ 第１外筒体
１３１ 鍔部
１４０ 押圧部材
１４１ 充填部材
１４４ 板パッキン
１４４ｄ，２４４ｄ，３４４ｄ 環状部位
１６０，２６０，３６０ 主体金具
１６０ｂ，２６０ｂ，３６０ｂ 本体部
１６０ｃ，２６０ｃ，３６０ｃ メッキ層
１６０ｄ 内周面
１６１，２６１，３６１ 屈曲部
１６１ｆ 外面
１６２ 後端部
１６３ 座屈部
１６５ ネジ部
１６６ 工具係合部

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる形態をなし、先端側が被測定ガスに晒されるガス検出素子と、
   上記軸線方向に延びる筒状をなし、自身の先端から上記ガス検出素子の先端部を突出させた状態で、上記ガス検出素子の周囲を取り囲む主体金具であって、自身の後端部を径方向内側に屈曲させるように加締めて形成された環状の屈曲部を有する主体金具と、
   上記軸線方向に延びる筒状をなし、上記主体金具の後端側に配置された外筒体であって、自身の先端部が径方向外側に屈曲した形態の環状の鍔部を有する外筒体と、を備え、
   上記外筒体の上記鍔部が、上記主体金具の径方向内側に配置され、上記主体金具の上記屈曲部によって上記軸線方向の先端側に押圧される形態で固定されてなる
   ガスセンサにおいて、
   上記主体金具は、
   本体部と、
   上記本体部を被覆するメッキ層と、からなり、
   上記屈曲部の外面の最小曲率半径が、１．５ｍｍ以上とされてなり、
   上記ガス検出素子は、筒形状であり、
   上記主体金具の上記屈曲部と上記外筒体の上記鍔部との間には、環状の板パッキンが介在しており、
   上記外筒体の上記鍔部は、上記主体金具の上記屈曲部によって上記軸線方向先端側に押圧された上記板パッキンを通じて、上記軸線方向先端側に押圧されており、
   上記板パッキンの内径をＤ１、外径をＤ２としたとき、
   上記主体金具の上記屈曲部は、上記板パッキンのうち少なくとも（Ｄ２−Ｄ１）／２の幅寸法を有する環状部位を、上記軸線方向先端側に押圧し、上記環状部位を通じて上記外筒体の上記鍔部を上記軸線方向先端側に押圧してなる
   ガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサであって、
   前記主体金具の内周面と前記ガス検出素子の外周面との間に圧縮充填された充填部材と、
   上記主体金具の内側で且つ上記充填部材よりも後端側に位置し、上記充填部材を前記軸線方向先端側に押圧して圧縮する押圧部材と、を備え、
   上記押圧部材は、上記主体金具の前記屈曲部よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記屈曲部によって、前記外筒体の前記鍔部と共に上記軸線方向先端側に押圧されて、上記充填部材を上記軸線方向先端側に押圧してなり、
   上記主体金具は、
   上記屈曲部よりも先端側に位置し、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部、を備え、
   上記座屈部は、上記押圧部材と離間してなる
   ガスセンサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
   前記主体金具の前記本体部は、炭素鋼からなる
   ガスセンサ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記主体金具は、
   自身の先端側に位置し、上記ガスセンサが取り付けられる被取付部材に上記ガスセンサを取り付けるためのネジ部と、
   上記ネジ部よりも後端側に位置し、上記ネジ部を上記被取付部材のネジ孔に螺挿するための工具を係合させる工具係合部と、
   前記屈曲部よりも先端側に位置し、径方向外側にのみ膨らんだ筒形状をなす座屈部と、を備え、
   上記座屈部は、上記工具係合部よりも後端側に位置してなる
   ガスセンサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記主体金具の内周面と前記ガス検出素子の外周面との間に充填された充填部材と、
   上記充填部材よりも後端側に位置し、上記充填部材を前記軸線方向先端側に押圧して圧縮する押圧部材と、を備え、
   前記外筒体のうち、上記主体金具の前記屈曲部によって上記軸線方向先端側に押圧される前記鍔部は、自身の先端側に位置する上記押圧部材を、直接、上記軸線方向先端側に押圧してなる
   ガスセンサ。
6. 請求項５に記載のガスセンサであって、
   前記主体金具の外面を構成する前記メッキ層をなす金属と、前記板パッキンの外面を構成する金属と、前記外筒体の外面を構成する金属とは、腐食電位が同等である
   ガスセンサ。

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