ガスセンサ
【課題】第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供すること。
【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿嵌保持する第１絶縁碍子１１と、該第１絶縁碍子１１の基端面１１０に先端面１２０を当接して配置されると共にセンサ素子２の基端部２２を覆う第２絶縁碍子１２と、第１絶縁碍子１１を嵌入保持するハウジング１０とを有するガスセンサ１。第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との少なくとも一方は、平面状の研削面３を有する。該研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。
【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿嵌保持する第１絶縁碍子１１と、該第１絶縁碍子１１の基端面１１０に先端面１２０を当接して配置されると共にセンサ素子２の基端部２２を覆う第２絶縁碍子１２と、第１絶縁碍子１１を嵌入保持するハウジング１０とを有するガスセンサ１。第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との少なくとも一方は、平面状の研削面３を有する。該研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御等に利用するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼制御に利用されるガスセンサ９として、図１７に示すごとく、ハウジング９０と、これに挿通配置されると共に内部にセンサ素子８を挿入配置可能に構成した第１絶縁碍子９１と、該第１絶縁碍子９１の基端面９１０に当接して配置された第２絶縁碍子９２とよりなるものが知られている。
【０００３】
上記第１絶縁碍子９１及び上記第２絶縁碍子９２は通常、絶縁性セラミック材料より構成されている。セラミック部材の成形密度のバラツキ、焼成時の受熱量のバラツキ等により、セラミックには焼成の際に部位による収縮率のバラツキが生じてしまう。そのため、微視的に見ると、上記第１絶縁碍子９１の基端面９１０と第２絶縁碍子９２の先端面９２０とに波状のうねりが発生してしまう。
【０００４】
このうねりにより、上記第１絶縁碍子９１と上記第２絶縁碍子９２との当接部９３と、上記第１絶縁碍子９１の受け面である環状パッキン９４とが、上記ガスセンサ９の軸方向における同一軸線上に位置しなくなる場合がある。その結果、上記第１絶縁碍子９１に曲げ応力（引張応力）が発生し、これが原因となって上記第１絶縁碍子９１が破損してしまうおそれがある。
【０００５】
そのため、上記当接部９３が、ハウジング９０の碍子受け面９００に配設された環状パッキン９４の外形を上記ガスセンサ９の軸方向に、第１絶縁碍子９１の基端面９１０へ投影した投影範囲Ｔ内に位置しているガスセンサ９が提案されている（特許文献１参照）。該ガスセンサ９によれば、環状パッキン９４に対する上記当接部９３の水平方向（上記ガスセンサ９の軸方向に直交する方向）のズレを防止することができるため、上記第１絶縁碍子９１に加わる曲げ応力を極小とすることができる。それ故、上記第１絶縁碍子９１の破損が生じにくいガスセンサ９を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、上記ガスセンサ９は、上記うねりが除去されているわけではないため、当接部９３を微視的に見ると、うねりの山同士における曲面と曲面との接触であり、この微小な当接部９３にて荷重を受けることとなる。これにより、上記第１絶縁碍子９１又は上記第２絶縁碍子９２が破損してしまうおそれがある。
【０００７】
また、セラミック部材の表面やその近傍には、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が多数あるため、上記第１絶縁碍子９１の基端面９１０や上記第２絶縁碍子９２の先端面９２０にも、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が多数存在することとなる。それ故、この潜在的欠陥部分に荷重がかかると、この潜在的欠陥を起点として、第１絶縁碍子９１や第２絶縁碍子９２が破損してしまうおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３４３３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐ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】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第１絶縁碍子と、該第１絶縁碍子の基端面に先端面を当接して配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第２絶縁碍子と、上記第１絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の研削面を有し、
該研削面において、上記基端面と上記先端面とが接触していることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の上記研削面を有している。そして、この研削面において上記基端面と上記先端面とが接触している。これにより、上記基端面と上記先端面との接触面積が極小となることを防ぐことができ、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子との間の局所的な応力の集中を回避することができる。即ち、上記基端面と上記先端面との双方にうねりが形成された場合、これらのうねりの山同士が当接することにより、上記基端面と上記先端面とが微小面積において接触するという不具合を回避することができる。
【００１２】
そのため、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面との当接部に過大な応力が作用することを防ぐことができ、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。
また、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の基端面又は上記第２絶縁碍子の先端面を研削することにより得られたものであるため、セラミック部材の表面又はその近傍に多数形成されやすい気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥を除去することができる。したがって、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する上記第１絶縁碍子又は上記第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明（請求項１）において、上記ガスセンサは、内燃機関の排気系に設置して内燃機関の燃焼制御に利用される酸素センサ、空燃比センサ、及びＮＯｘセンサ等の多くのセンサに対し適用することができる。
また、上記第１絶縁碍子の基端面及び上記第２絶縁碍子の先端面の直径は、例えば、それぞれ１５ｍｍ、１７ｍｍ程度とすることができる。
【００１５】
また、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の材料として、例えば、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁性のセラミック材料等を用いることができる。
また、上記研削面は、ラップ盤又は研削機を用いて形成することができる。
本明細書においては、上記ガスセンサにおいて、排気管等に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側として説明する。
【００１６】
上記研削面は、上記第１絶縁碍子の上記基端面及び上記第２絶縁碍子の上記先端面に形成してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の基端面及び上記第２絶縁碍子の先端面を研削することにより得られたものであるため、上述した研削面形成の効果をより確実に発揮することができる。即ち、この場合には、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面とは、互いに平面同士で接触することとなるため、広い接触面積を有することとなる。そのため、当接面にかかる荷重を分散することができ、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
【００１７】
上記研削面は、上記ガスセンサの径方向に沿った長さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記基端面と上記先端面との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができるため、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することができる。
一方、上記長さが０．５ｍｍ未満の場合には、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することが困難となるおそれがある。
【００１８】
また、任意の方向に計測した上記研削面の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
【００１９】
この場合には、上記研削面が充分な平面度を有することとなり、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することができる。即ち、上記のうねり幅であれば、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子との当接部に荷重がかかったとき、うねりの山がわずかに変形するだけで面接触の状態となる。そのため、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。
【００２０】
一方、上記うねり幅が５μｍよりも大きい場合は、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することが困難となる。即ち、上記基端面と上記先端面との間の局所的な応力の集中が回避される面接触の状態となる前に、上記第１絶縁碍子又は上記第２絶縁碍子に破損が発生してしまうおそれがある。
【００２１】
上記第１絶縁碍子の基端面には、先端側に後退した凹部が形成されており、上記第２絶縁碍子の先端面には、上記凹部に嵌合可能な凸部が形成されており、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子とは、上記凹部と上記凸部とを嵌合させた状態で上記基端面と上記先端面とを当接させていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００２２】
上記凹部と上記凸部とは、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の位置決めをするために形成される。ここで、上記基端面と上記先端面とに、それぞれ上記凹部と上記凸部とを形成する場合には、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の内部の粒子密度にバラツキが比較的生じ易い。そのため、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の部位によっては、焼成の際の収縮率が不均一となり、上記基端面や上記先端面にうねりが形成されたり、セラミック部材の表面又はその近傍に気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が形成されたりし易い。
【００２３】
即ち、上記のように上記凹部と上記凸部とが形成されているガスセンサにおいては、上記研削面を形成しないと、上記基端面と上記先端面とが当接することにより上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子に破損が発生するおそれがある。したがって、特に上記凹部と上記凸部とを有するガスセンサにおいては、上記研削面形成の効果を充分に発揮することができる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関の燃焼制御等に利用するガスセンサにつき、図１〜図
５を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、自動車エンジンの排気系に設置され、エンジンの燃焼制御に利用される。
【００２５】
また、ガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿嵌保持する第１絶縁碍子１１と、該第１絶縁碍子１１の基端面１１０に先端面１２０を当接して配置されると共にセンサ素子２の基端部２２を覆う第２絶縁碍子１２と、第１絶縁碍子１１を嵌入保持するハウジング１０とを有する。
【００２６】
また、図１〜図３に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０の両方に平面状の研削面３が設けてある。
そして、該研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。
また、図４、図５に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０には先端側へ後退した凹部１１１が形成され、第２絶縁碍子１２の先端面１２０には上記凹部１１１に嵌合可能な凸部１２１が形成されている。
【００２７】
そして、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とは、上記凹部１１１と上記凸部１２１とを嵌合させた状態で基端面１１０と先端面１２０とを当接させている。ここで、基端面１１０と先端面１２０とは凹部１１１又は凸部１２１が形成されていない部分（図４における斜線部分）において互いに当接している。したがって、研削面３は凹部１１１又は凸部１２１の形成部分以外の基端面１１０及び先端面１２０に形成されている。
【００２８】
研削面３は凹部１１１及び凸部１２１以外の基端面１１０及び先端面１２０の全面にわたって形成することが好ましいが、図３に示すごとく、一部分であっても良い。このとき、研削面３は、図３に示すごとく、ガスセンサ１の径方向に沿った長さＬが０．５ｍｍ以上である。
また、周方向については、長さＬよりも充分に長く、研削面３が形成されている。
【００２９】
また、研削面３は、任意の方向に計測した研削面３の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍごとの小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下となっている（後述する実施例５参照）。
【００３０】
ガスセンサ１は、図１に示すごとく、ハウジング１０の基端側１０１に設けた大気側カバー１４１と、ハウジングの先端側１０２に設けた二重の被測定ガス側カバー１３１，１３２とを有する。
そして、センサ素子２の基端部２２側は大気側カバー１４１内の第２絶縁碍子内１２に、先端部２１側は被測定ガス側カバー１３１、１３２内に位置する。
【００３１】
ハウジング１０の内部には、筒状の第１絶縁碍子１１が配設され、この内部にセンサ素子２の中央部が挿通固定されている。該中央部と第１絶縁碍子１１との間はガラス封着材１７により封止されている。
また、大気側カバー１４１の基端部は、ゴムブッシュ１８によって塞がれている。ゴムブッシュ１８には４つの端子収納穴１８０が設けてあり、各端子収納穴には４本のリード線１６が挿通配置されている。
【００３２】
また、第２絶縁碍子１２は、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と大気側カバー１４１の肩部１４３との間に配設される。なお、第２絶縁碍子１２と肩部１４３との間には、両者間を広げる方向に付勢された皿バネ１９が配設されており、該皿バネ１９の付勢力により第２絶縁碍子１２が第１絶縁碍子１１に押圧されている。
また、図１に示すごとく、第１絶縁碍子１１はハウジング１０の内側面に突出形成された碍子受け面１０３に対し環状パッキン４を介して配置されている。
【００３３】
また、センサ素子２の先端部２１は排気ガス中に露出しており、該先端部２１において排気ガス成分による電気化学的反応が生じる。先端部２１には、電極が設けられており、該電極により、上記電気化学的反応により発生した電気信号を探知して、リード線１６から上記電気信号を外部に取り出すことにより、ガス濃度を検知している。
また、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２はＡｌ2Ｏ3等からなる絶縁性セラミック材料により形成されている。
また、研削面３は、ラップ盤又は研削機を用いて形成することができる。
【００３４】
次に、本例の作用効果につき説明する。
第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０が、平面状の研削面３を有している。そして、この研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。これにより、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができ、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。それ故、基端面１１０と先端面１２０との双方にうねりが形成された場合、これらのうねりの山同士が当接することにより、基端面１１０と先端面１２０とが微小面積にて接触するという不具合を充分に回避することができる。
【００３５】
そのため、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との当接部に過大な応力が作用することを充分に防ぐことができ、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を充分に防ぐことができる。
特に、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０の両方が研削面３を有しており、互いに平面同士で接触することとなるため、広い接触面積を有することとなる。そのため、当接面にかかる荷重を分散することができ、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
【００３６】
また、研削面３は、第１絶縁碍子１１の基端面１１０又は第２絶縁碍子１２の先端面１２０を研削することにより得られるものであるため、セラミック部材の表面又はその近傍に多数形成されやすい気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥を充分に除去することができる。したがって、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を充分に防ぐことができる。
【００３７】
また、研削面３は、ガスセンサの径方向に沿った長さＬが０．５ｍｍである。これにより、基端面１１０と先端面１２０との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができるため、上述した研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
また、研削面３は、上記包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下となっている。そのため、研削面３が充分な平面度を有することとなり、上述した研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
【００３８】
即ち、上記のうねり幅であれば、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２との当接部に荷重がかかったとき、うねりの山がわずかに変形するだけで面接触の状態となる。そのため、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。
【００３９】
また、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とは、凹部１１１と凸部１２１とを嵌合させた状態で基端面１１０と先端面１２０とを当接させている。そのため、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００４０】
即ち、基端面１１０と先端面１２０とに、それぞれ凹部１１１と凸部１２１とを形成するため、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の内部の粒子密度にバラツキが生じることがある。これにより、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の部位によっては、焼成の際の収縮率が不均一となり、基端面１１０及び先端面１２０にうねりが形成されたり、セラミック部材の表面又はその近傍に気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が形成されたりする場合がある。
【００４１】
即ち、本例のように凹部１１１と凸部１２１とが形成されているガスセンサ１においては、研削面３を形成しないと、基端面１１０と先端面１２０とが当接することにより第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２に破損が発生するおそれがある。したがって、特に凹部１１１と凸部１２１とを有するガスセンサ１においては、研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設け、第２絶縁碍子１２の先端面１２０は研削しない場合のガスセンサ１の例である。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合にも、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との接触面積が極小となることを防いで、局所的な応力の集中を防ぐことができる。これにより、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を防ぐことができる。
また、第１絶縁碍子１１の基端面１１０又は第２絶縁碍子１２の先端面１２０を研削することにより、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を防ぐことができる。
また、実施例１の場合に比べて、第１絶縁碍子１１の基端面１１０だけを研削すれば良いため、生産効率を向上させることができる。
【００４５】
ここで、図６（ａ）、図７（ａ）に示すごとく、仮に、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０とのいずれもが研削されてないとした場合について考える。この場合、基端面１１０及び先端面１２０には、微視的（例えばミクロンオーダー）に見ると、うねりが形成されることとなるが、そのうねりの山同士が当接する場合、その接触面３１の中心における応力Ｐ0は、以下の式１で与えられる。
Ｐ03＝６／π3×Ｒ-2×（（１−ν2）／Ｅ）-2×ｆ ・・・（式１）
尚、図７（ａ）のように巨視的に見ると、凸面と凹面との当接のように見える場合にも、微視的に見ると、図６（ａ）に示すごとく、うねりの山同士の当接となることは充分にある。
【００４６】
一方、本例のように、一方の面、即ち、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設けた場合における接触面３１の中心での応力Ｐ1は、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すごとく、うねりの山と平面との接触となると考えると、以下の式２で与えられる。
Ｐ13＝３／（２×π3）×Ｒ-2×（（１−ν2）／Ｅ）-2×ｆ ・・・（式２）
【００４７】
ここで、図６に示すごとく、Ｒはうねりの山の曲面がすべて同一の曲率半径と仮定した場合の曲率半径、νはポアソン比、Ｅはヤング率、ｆは第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とに作用する荷重である。
式１、式２より、Ｐ1とＰ0との比をとると、Ｐ1／Ｐ0＝０．６３となり、約３７％の応力が低減することがわかる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
尚、本例においては、基端面１１０に研削面３を設けて先端面１２０には設けていない場合を示したが、先端面１２０に研削面３を設けて基端面１１０には設けない場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（実施例３）
本例は、図８、図９に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０に研削面３を設ける場合と設けない場合とにおいて、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の耐荷重強度を調査した例である。
【００５０】
試験方法としては、第２絶縁碍子１２を、基端側を下にして支承治具６に載置し、その先端面１２０に基端面１１０を当接させた状態で第１絶縁碍子１１を第２絶縁碍子１２に組み合わせる。そして、第１絶縁碍子１１の先端側から押圧治具５を被せると共に、支承治具６に向かって荷重Ｆをかける。この荷重Ｆを徐々に大きくしていったとき、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２に破損又は亀裂が発生した時点の荷重Ｆを測定する。
【００５１】
本例では、比較試料として、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０のどちらも研削しないものを作製し、試料１として、基端面１１０に研削面３を設け、先端面１２０は研削しないもの（実施例２に相当）を作製した。
また、試料２として、基端面１１０は研削せず、先端面１２０には研削面３を設けたものを作製し、試料３として、基端面１１０及び先端面１２０のどちらにも研削面３を設けたもの（実施例１に相当）を作製した。
また、いずれの試料についても２０個ずつ作製した。
【００５２】
そして、それぞれの試料につき上記の試験方法にて試験を行なった結果、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の破損又は亀裂が発生したときの破損荷重Ｆと該破損荷重Ｆにて破損又は亀裂が発生した度数とを図９に示す。
尚、破損及び亀裂の判別は、染色検査にて行なった。
【００５３】
図９（ａ）〜（ｄ）より、試料１又は試料２において第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の破損が発生する度数は、比較試料よりも、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。即ち、基端面１１０又は先端面１２０の少なくとも一方に研削面３を設けたほうが、どちらも研削しない場合よりも第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２が破損し難いことがわかる。
更に、図９（ｄ）に示すごとく、基端面１１０と先端面１２０とのどちらにも研削面３を設けるほうが、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を、より一層防ぐことができることがわかる。
【００５４】
（実施例４）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設ける場合と設けない場合とにおいて、実施例３と同様の方法にて、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の耐荷重強度を調査した例である。
尚、第２絶縁碍子１２の先端面１２０には研削面３を設けていない。
また、図１０は説明の便宜上、基端面１１０のうねりを大きく描いている。
【００５５】
本例では、比較試料として、図１０（ａ）に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０を研削しないものを作製し、試料１として、図１０（ｂ）に示すごとく、基端面１１０に、ガスセンサ１の径方向に沿った長さＬを０．１５≦Ｌ＜０．５ｍｍとした研削面３を設けたものを作製した。
また、試料２として、図１０（ｂ）に示すごとく、基端面１１０に、上記長さＬを０．５≦Ｌ≦１．０ｍｍとした研削面３を設けたものを作製し、試料３として、図１０（ｃ）に示すごとく、基端面１１０の全面にわたって研削したものを作製した。
また、いずれの試料についても２０個ずつ作製した。
【００５６】
図１１（ａ）〜（ｄ）より、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３が設けられている試料１、試料２及び試料３は、基端面１１０が研削されていない比較試料と比較して、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。
また、図１１（ｂ）〜（ｄ）より、上記長さＬを大きくするほど、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。即ち、上記長さＬを大きくするほど、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２は破損し難くなることがわかる。
【００５７】
また、図１１（ｃ），（ｄ）より、上記長さＬをＬ≧０．５とすれば、基端面１１０の全面にわたって研削面３を設けた場合と略同等な効果を得ることができ、低荷重での破損の発生が少なくなることがわかる。即ち、研削面３は、必ずしも基端面１１０の全面にわたって設ける必要はなく、０．５ｍｍ以上の上記径方向に沿った長さＬで研削面３を形成すれば良いことがわかる。
【００５８】
（実施例５）
本例は、図１２〜図１６に示すごとく、研削を行なう前後の第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０の平面度を確認した例である。即ち、研削を行なう前後において、基端面１１０及び先端面１２０のうねりのプロファイルを測定した結果である。
上記測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。
【００５９】
尚、図１３〜図１６におけるグラフの一目盛は、縦軸が５μｍ、横軸が０．５ｍｍを表している。
また、図１３、図１４はそれぞれ図１２（ａ）におけるＡ−Ａ’方向のプロファイル、Ｂ−Ｂ’方向のプロファイルであり、図１５、図１６はそれぞれ図１２（ｂ）におけるＣ−Ｃ’方向のプロファイル、Ｄ−Ｄ’方向のプロファイルである。
【００６０】
また、図１３〜図１６において、それぞれ、（ａ）は第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０に研削を行なう前の状態を示す図であり、（ｂ）は基端面１１０及び先端面１２０に研削を行なった後の状態を示す図である。
また、図中の細線Ｐ１はうねりのプロファイルであり、太線Ｐ２は該プロファイルの計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで得た包絡うねり曲線を示している。
【００６１】
図１２、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）より、基端面１１０及び先端面１２０のどちらも研削しない場合は、基端面１１０はガスセンサ１の外周に向かうほど、うねりの凸量が大きくなり、先端面１２０はガスセンサ１の中心に向かうほど、うねりの凸量が大きくなることがわかる。
【００６２】
また、図１３〜図１６より、基端面１１０及び先端面１２０に研削を行なう前においては、うねり幅Ｗは１５〜２５μｍ程度であるが、研削を行なった後は、基端面１１０及び先端面１２０のうねりは確実に減少しており、上記包絡うねり曲線（太線Ｐ２）はうねり幅Ｗが５μｍ以下となっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１における、ガスセンサの断面説明図。
【図２】実施例１における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面の断面説明図。
【図３】実施例１における、第１絶縁碍子の基端面の研削面３と第２絶縁碍子の先端面の研削面３との接触部の断面説明図。
【図４】実施例１における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面の説明図、（ｂ）第２絶縁碍子の先端面の説明図。
【図５】実施例１における、センサ素子を挿嵌保持した第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の正面図。
【図６】実施例２における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面のうねりの山と第２絶縁碍子の先端面のうねりの山との接触面の断面説明図、（ｂ）第１絶縁碍子の基端面に形成された研削面と第２絶縁碍子の先端面のうねりの山との接触面の断面説明図。
【図７】（ａ）従来例における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面との接触部の断面説明図、（ｂ）実施例２における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面との接触部の断面説明図。
【図８】実施例３における、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子に荷重をかける方法を示す説明図。
【図９】実施例３における、（ａ）比較試料の測定結果を示す図、（ｂ）試料１の測定結果を示す図、（ｃ）試料２の測定結果を示す図、（ｄ）試料３の測定結果を示す図。
【図１０】実施例４における、（ａ）比較試料の断面説明図、（ｂ）試料１又は試料２の断面説明図、（ｃ）試料３の断面説明図。
【図１１】実施例４における、（ａ）比較試料の測定結果を示す図、（ｂ）試料１の測定結果を示す図、（ｃ）試料２の測定結果を示す図、（ｄ）試料３の測定結果を示す図。
【図１２】実施例５における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面の説明図、（ｂ）第２絶縁碍子の先端面の説明図。
【図１３】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ａ）のＡ−Ａ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ａ）のＡ−Ａ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１４】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ａ）のＢ−Ｂ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ａ）のＢ−Ｂ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１５】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ｂ）のＣ−Ｃ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ｂ）のＣ−Ｃ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１６】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ｂ）のＤ−Ｄ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ｂ）のＤ−Ｄ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１７】従来例における、ガスセンサの断面説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ ガスセンサ
１０ ハウジング
１１ 第１絶縁碍子
１２ 第２絶縁碍子
１１０ 基端面
１２０ 先端面
２ センサ素子
２２ 基端部
３ 研削面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御等に利用するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼制御に利用されるガスセンサ９として、図１７に示すごとく、ハウジング９０と、これに挿通配置されると共に内部にセンサ素子８を挿入配置可能に構成した第１絶縁碍子９１と、該第１絶縁碍子９１の基端面９１０に当接して配置された第２絶縁碍子９２とよりなるものが知られている。
【０００３】
上記第１絶縁碍子９１及び上記第２絶縁碍子９２は通常、絶縁性セラミック材料より構成されている。セラミック部材の成形密度のバラツキ、焼成時の受熱量のバラツキ等により、セラミックには焼成の際に部位による収縮率のバラツキが生じてしまう。そのため、微視的に見ると、上記第１絶縁碍子９１の基端面９１０と第２絶縁碍子９２の先端面９２０とに波状のうねりが発生してしまう。
【０００４】
このうねりにより、上記第１絶縁碍子９１と上記第２絶縁碍子９２との当接部９３と、上記第１絶縁碍子９１の受け面である環状パッキン９４とが、上記ガスセンサ９の軸方向における同一軸線上に位置しなくなる場合がある。その結果、上記第１絶縁碍子９１に曲げ応力（引張応力）が発生し、これが原因となって上記第１絶縁碍子９１が破損してしまうおそれがある。
【０００５】
そのため、上記当接部９３が、ハウジング９０の碍子受け面９００に配設された環状パッキン９４の外形を上記ガスセンサ９の軸方向に、第１絶縁碍子９１の基端面９１０へ投影した投影範囲Ｔ内に位置しているガスセンサ９が提案されている（特許文献１参照）。該ガスセンサ９によれば、環状パッキン９４に対する上記当接部９３の水平方向（上記ガスセンサ９の軸方向に直交する方向）のズレを防止することができるため、上記第１絶縁碍子９１に加わる曲げ応力を極小とすることができる。それ故、上記第１絶縁碍子９１の破損が生じにくいガスセンサ９を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、上記ガスセンサ９は、上記うねりが除去されているわけではないため、当接部９３を微視的に見ると、うねりの山同士における曲面と曲面との接触であり、この微小な当接部９３にて荷重を受けることとなる。これにより、上記第１絶縁碍子９１又は上記第２絶縁碍子９２が破損してしまうおそれがある。
【０００７】
また、セラミック部材の表面やその近傍には、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が多数あるため、上記第１絶縁碍子９１の基端面９１０や上記第２絶縁碍子９２の先端面９２０にも、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が多数存在することとなる。それ故、この潜在的欠陥部分に荷重がかかると、この潜在的欠陥を起点として、第１絶縁碍子９１や第２絶縁碍子９２が破損してしまうおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３４３３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐ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】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第１絶縁碍子と、該第１絶縁碍子の基端面に先端面を当接して配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第２絶縁碍子と、上記第１絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の研削面を有し、
該研削面において、上記基端面と上記先端面とが接触していることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の上記研削面を有している。そして、この研削面において上記基端面と上記先端面とが接触している。これにより、上記基端面と上記先端面との接触面積が極小となることを防ぐことができ、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子との間の局所的な応力の集中を回避することができる。即ち、上記基端面と上記先端面との双方にうねりが形成された場合、これらのうねりの山同士が当接することにより、上記基端面と上記先端面とが微小面積において接触するという不具合を回避することができる。
【００１２】
そのため、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面との当接部に過大な応力が作用することを防ぐことができ、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。
また、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の基端面又は上記第２絶縁碍子の先端面を研削することにより得られたものであるため、セラミック部材の表面又はその近傍に多数形成されやすい気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥を除去することができる。したがって、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する上記第１絶縁碍子又は上記第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明（請求項１）において、上記ガスセンサは、内燃機関の排気系に設置して内燃機関の燃焼制御に利用される酸素センサ、空燃比センサ、及びＮＯｘセンサ等の多くのセンサに対し適用することができる。
また、上記第１絶縁碍子の基端面及び上記第２絶縁碍子の先端面の直径は、例えば、それぞれ１５ｍｍ、１７ｍｍ程度とすることができる。
【００１５】
また、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の材料として、例えば、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁性のセラミック材料等を用いることができる。
また、上記研削面は、ラップ盤又は研削機を用いて形成することができる。
本明細書においては、上記ガスセンサにおいて、排気管等に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側として説明する。
【００１６】
上記研削面は、上記第１絶縁碍子の上記基端面及び上記第２絶縁碍子の上記先端面に形成してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の基端面及び上記第２絶縁碍子の先端面を研削することにより得られたものであるため、上述した研削面形成の効果をより確実に発揮することができる。即ち、この場合には、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面とは、互いに平面同士で接触することとなるため、広い接触面積を有することとなる。そのため、当接面にかかる荷重を分散することができ、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
【００１７】
上記研削面は、上記ガスセンサの径方向に沿った長さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記基端面と上記先端面との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができるため、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することができる。
一方、上記長さが０．５ｍｍ未満の場合には、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することが困難となるおそれがある。
【００１８】
また、任意の方向に計測した上記研削面の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
【００１９】
この場合には、上記研削面が充分な平面度を有することとなり、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することができる。即ち、上記のうねり幅であれば、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子との当接部に荷重がかかったとき、うねりの山がわずかに変形するだけで面接触の状態となる。そのため、上記第１絶縁碍子の基端面と上記第２絶縁碍子の先端面との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。
【００２０】
一方、上記うねり幅が５μｍよりも大きい場合は、上述した研削面形成の効果を充分に発揮することが困難となる。即ち、上記基端面と上記先端面との間の局所的な応力の集中が回避される面接触の状態となる前に、上記第１絶縁碍子又は上記第２絶縁碍子に破損が発生してしまうおそれがある。
【００２１】
上記第１絶縁碍子の基端面には、先端側に後退した凹部が形成されており、上記第２絶縁碍子の先端面には、上記凹部に嵌合可能な凸部が形成されており、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子とは、上記凹部と上記凸部とを嵌合させた状態で上記基端面と上記先端面とを当接させていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００２２】
上記凹部と上記凸部とは、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の位置決めをするために形成される。ここで、上記基端面と上記先端面とに、それぞれ上記凹部と上記凸部とを形成する場合には、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の内部の粒子密度にバラツキが比較的生じ易い。そのため、上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子の部位によっては、焼成の際の収縮率が不均一となり、上記基端面や上記先端面にうねりが形成されたり、セラミック部材の表面又はその近傍に気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が形成されたりし易い。
【００２３】
即ち、上記のように上記凹部と上記凸部とが形成されているガスセンサにおいては、上記研削面を形成しないと、上記基端面と上記先端面とが当接することにより上記第１絶縁碍子及び上記第２絶縁碍子に破損が発生するおそれがある。したがって、特に上記凹部と上記凸部とを有するガスセンサにおいては、上記研削面形成の効果を充分に発揮することができる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関の燃焼制御等に利用するガスセンサにつき、図１〜図
５を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、自動車エンジンの排気系に設置され、エンジンの燃焼制御に利用される。
【００２５】
また、ガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を挿嵌保持する第１絶縁碍子１１と、該第１絶縁碍子１１の基端面１１０に先端面１２０を当接して配置されると共にセンサ素子２の基端部２２を覆う第２絶縁碍子１２と、第１絶縁碍子１１を嵌入保持するハウジング１０とを有する。
【００２６】
また、図１〜図３に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０の両方に平面状の研削面３が設けてある。
そして、該研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。
また、図４、図５に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０には先端側へ後退した凹部１１１が形成され、第２絶縁碍子１２の先端面１２０には上記凹部１１１に嵌合可能な凸部１２１が形成されている。
【００２７】
そして、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とは、上記凹部１１１と上記凸部１２１とを嵌合させた状態で基端面１１０と先端面１２０とを当接させている。ここで、基端面１１０と先端面１２０とは凹部１１１又は凸部１２１が形成されていない部分（図４における斜線部分）において互いに当接している。したがって、研削面３は凹部１１１又は凸部１２１の形成部分以外の基端面１１０及び先端面１２０に形成されている。
【００２８】
研削面３は凹部１１１及び凸部１２１以外の基端面１１０及び先端面１２０の全面にわたって形成することが好ましいが、図３に示すごとく、一部分であっても良い。このとき、研削面３は、図３に示すごとく、ガスセンサ１の径方向に沿った長さＬが０．５ｍｍ以上である。
また、周方向については、長さＬよりも充分に長く、研削面３が形成されている。
【００２９】
また、研削面３は、任意の方向に計測した研削面３の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍごとの小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下となっている（後述する実施例５参照）。
【００３０】
ガスセンサ１は、図１に示すごとく、ハウジング１０の基端側１０１に設けた大気側カバー１４１と、ハウジングの先端側１０２に設けた二重の被測定ガス側カバー１３１，１３２とを有する。
そして、センサ素子２の基端部２２側は大気側カバー１４１内の第２絶縁碍子内１２に、先端部２１側は被測定ガス側カバー１３１、１３２内に位置する。
【００３１】
ハウジング１０の内部には、筒状の第１絶縁碍子１１が配設され、この内部にセンサ素子２の中央部が挿通固定されている。該中央部と第１絶縁碍子１１との間はガラス封着材１７により封止されている。
また、大気側カバー１４１の基端部は、ゴムブッシュ１８によって塞がれている。ゴムブッシュ１８には４つの端子収納穴１８０が設けてあり、各端子収納穴には４本のリード線１６が挿通配置されている。
【００３２】
また、第２絶縁碍子１２は、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と大気側カバー１４１の肩部１４３との間に配設される。なお、第２絶縁碍子１２と肩部１４３との間には、両者間を広げる方向に付勢された皿バネ１９が配設されており、該皿バネ１９の付勢力により第２絶縁碍子１２が第１絶縁碍子１１に押圧されている。
また、図１に示すごとく、第１絶縁碍子１１はハウジング１０の内側面に突出形成された碍子受け面１０３に対し環状パッキン４を介して配置されている。
【００３３】
また、センサ素子２の先端部２１は排気ガス中に露出しており、該先端部２１において排気ガス成分による電気化学的反応が生じる。先端部２１には、電極が設けられており、該電極により、上記電気化学的反応により発生した電気信号を探知して、リード線１６から上記電気信号を外部に取り出すことにより、ガス濃度を検知している。
また、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２はＡｌ2Ｏ3等からなる絶縁性セラミック材料により形成されている。
また、研削面３は、ラップ盤又は研削機を用いて形成することができる。
【００３４】
次に、本例の作用効果につき説明する。
第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０が、平面状の研削面３を有している。そして、この研削面３において、基端面１１０と先端面１２０とが接触している。これにより、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができ、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。それ故、基端面１１０と先端面１２０との双方にうねりが形成された場合、これらのうねりの山同士が当接することにより、基端面１１０と先端面１２０とが微小面積にて接触するという不具合を充分に回避することができる。
【００３５】
そのため、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との当接部に過大な応力が作用することを充分に防ぐことができ、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を充分に防ぐことができる。
特に、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０の両方が研削面３を有しており、互いに平面同士で接触することとなるため、広い接触面積を有することとなる。そのため、当接面にかかる荷重を分散することができ、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生をより確実に防ぐことができる。
【００３６】
また、研削面３は、第１絶縁碍子１１の基端面１１０又は第２絶縁碍子１２の先端面１２０を研削することにより得られるものであるため、セラミック部材の表面又はその近傍に多数形成されやすい気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥を充分に除去することができる。したがって、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を充分に防ぐことができる。
【００３７】
また、研削面３は、ガスセンサの径方向に沿った長さＬが０．５ｍｍである。これにより、基端面１１０と先端面１２０との接触面積が極小となることを充分に防ぐことができるため、上述した研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
また、研削面３は、上記包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下となっている。そのため、研削面３が充分な平面度を有することとなり、上述した研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
【００３８】
即ち、上記のうねり幅であれば、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２との当接部に荷重がかかったとき、うねりの山がわずかに変形するだけで面接触の状態となる。そのため、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との間の局所的な応力の集中を充分に回避することができる。
【００３９】
また、第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とは、凹部１１１と凸部１２１とを嵌合させた状態で基端面１１０と先端面１２０とを当接させている。そのため、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００４０】
即ち、基端面１１０と先端面１２０とに、それぞれ凹部１１１と凸部１２１とを形成するため、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の内部の粒子密度にバラツキが生じることがある。これにより、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の部位によっては、焼成の際の収縮率が不均一となり、基端面１１０及び先端面１２０にうねりが形成されたり、セラミック部材の表面又はその近傍に気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥が形成されたりする場合がある。
【００４１】
即ち、本例のように凹部１１１と凸部１２１とが形成されているガスセンサ１においては、研削面３を形成しないと、基端面１１０と先端面１２０とが当接することにより第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２に破損が発生するおそれがある。したがって、特に凹部１１１と凸部１２１とを有するガスセンサ１においては、研削面３形成の効果を充分に発揮することができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の破損の発生を防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設け、第２絶縁碍子１２の先端面１２０は研削しない場合のガスセンサ１の例である。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合にも、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０との接触面積が極小となることを防いで、局所的な応力の集中を防ぐことができる。これにより、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を防ぐことができる。
また、第１絶縁碍子１１の基端面１１０又は第２絶縁碍子１２の先端面１２０を研削することにより、気孔、微小亀裂等の潜在的欠陥に起因する第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を防ぐことができる。
また、実施例１の場合に比べて、第１絶縁碍子１１の基端面１１０だけを研削すれば良いため、生産効率を向上させることができる。
【００４５】
ここで、図６（ａ）、図７（ａ）に示すごとく、仮に、第１絶縁碍子１１の基端面１１０と第２絶縁碍子１２の先端面１２０とのいずれもが研削されてないとした場合について考える。この場合、基端面１１０及び先端面１２０には、微視的（例えばミクロンオーダー）に見ると、うねりが形成されることとなるが、そのうねりの山同士が当接する場合、その接触面３１の中心における応力Ｐ0は、以下の式１で与えられる。
Ｐ03＝６／π3×Ｒ-2×（（１−ν2）／Ｅ）-2×ｆ ・・・（式１）
尚、図７（ａ）のように巨視的に見ると、凸面と凹面との当接のように見える場合にも、微視的に見ると、図６（ａ）に示すごとく、うねりの山同士の当接となることは充分にある。
【００４６】
一方、本例のように、一方の面、即ち、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設けた場合における接触面３１の中心での応力Ｐ1は、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すごとく、うねりの山と平面との接触となると考えると、以下の式２で与えられる。
Ｐ13＝３／（２×π3）×Ｒ-2×（（１−ν2）／Ｅ）-2×ｆ ・・・（式２）
【００４７】
ここで、図６に示すごとく、Ｒはうねりの山の曲面がすべて同一の曲率半径と仮定した場合の曲率半径、νはポアソン比、Ｅはヤング率、ｆは第１絶縁碍子１１と第２絶縁碍子１２とに作用する荷重である。
式１、式２より、Ｐ1とＰ0との比をとると、Ｐ1／Ｐ0＝０．６３となり、約３７％の応力が低減することがわかる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４８】
尚、本例においては、基端面１１０に研削面３を設けて先端面１２０には設けていない場合を示したが、先端面１２０に研削面３を設けて基端面１１０には設けない場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（実施例３）
本例は、図８、図９に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０に研削面３を設ける場合と設けない場合とにおいて、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の耐荷重強度を調査した例である。
【００５０】
試験方法としては、第２絶縁碍子１２を、基端側を下にして支承治具６に載置し、その先端面１２０に基端面１１０を当接させた状態で第１絶縁碍子１１を第２絶縁碍子１２に組み合わせる。そして、第１絶縁碍子１１の先端側から押圧治具５を被せると共に、支承治具６に向かって荷重Ｆをかける。この荷重Ｆを徐々に大きくしていったとき、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２に破損又は亀裂が発生した時点の荷重Ｆを測定する。
【００５１】
本例では、比較試料として、第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０のどちらも研削しないものを作製し、試料１として、基端面１１０に研削面３を設け、先端面１２０は研削しないもの（実施例２に相当）を作製した。
また、試料２として、基端面１１０は研削せず、先端面１２０には研削面３を設けたものを作製し、試料３として、基端面１１０及び先端面１２０のどちらにも研削面３を設けたもの（実施例１に相当）を作製した。
また、いずれの試料についても２０個ずつ作製した。
【００５２】
そして、それぞれの試料につき上記の試験方法にて試験を行なった結果、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の破損又は亀裂が発生したときの破損荷重Ｆと該破損荷重Ｆにて破損又は亀裂が発生した度数とを図９に示す。
尚、破損及び亀裂の判別は、染色検査にて行なった。
【００５３】
図９（ａ）〜（ｄ）より、試料１又は試料２において第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の破損が発生する度数は、比較試料よりも、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。即ち、基端面１１０又は先端面１２０の少なくとも一方に研削面３を設けたほうが、どちらも研削しない場合よりも第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２が破損し難いことがわかる。
更に、図９（ｄ）に示すごとく、基端面１１０と先端面１２０とのどちらにも研削面３を設けるほうが、第１絶縁碍子１１及び第２絶縁碍子１２の破損の発生を、より一層防ぐことができることがわかる。
【００５４】
（実施例４）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３を設ける場合と設けない場合とにおいて、実施例３と同様の方法にて、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２の耐荷重強度を調査した例である。
尚、第２絶縁碍子１２の先端面１２０には研削面３を設けていない。
また、図１０は説明の便宜上、基端面１１０のうねりを大きく描いている。
【００５５】
本例では、比較試料として、図１０（ａ）に示すごとく、第１絶縁碍子１１の基端面１１０を研削しないものを作製し、試料１として、図１０（ｂ）に示すごとく、基端面１１０に、ガスセンサ１の径方向に沿った長さＬを０．１５≦Ｌ＜０．５ｍｍとした研削面３を設けたものを作製した。
また、試料２として、図１０（ｂ）に示すごとく、基端面１１０に、上記長さＬを０．５≦Ｌ≦１．０ｍｍとした研削面３を設けたものを作製し、試料３として、図１０（ｃ）に示すごとく、基端面１１０の全面にわたって研削したものを作製した。
また、いずれの試料についても２０個ずつ作製した。
【００５６】
図１１（ａ）〜（ｄ）より、第１絶縁碍子１１の基端面１１０に研削面３が設けられている試料１、試料２及び試料３は、基端面１１０が研削されていない比較試料と比較して、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。
また、図１１（ｂ）〜（ｄ）より、上記長さＬを大きくするほど、低荷重での破損の発生が少なくなっていることがわかる。即ち、上記長さＬを大きくするほど、第１絶縁碍子１１又は第２絶縁碍子１２は破損し難くなることがわかる。
【００５７】
また、図１１（ｃ），（ｄ）より、上記長さＬをＬ≧０．５とすれば、基端面１１０の全面にわたって研削面３を設けた場合と略同等な効果を得ることができ、低荷重での破損の発生が少なくなることがわかる。即ち、研削面３は、必ずしも基端面１１０の全面にわたって設ける必要はなく、０．５ｍｍ以上の上記径方向に沿った長さＬで研削面３を形成すれば良いことがわかる。
【００５８】
（実施例５）
本例は、図１２〜図１６に示すごとく、研削を行なう前後の第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０の平面度を確認した例である。即ち、研削を行なう前後において、基端面１１０及び先端面１２０のうねりのプロファイルを測定した結果である。
上記測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。
【００５９】
尚、図１３〜図１６におけるグラフの一目盛は、縦軸が５μｍ、横軸が０．５ｍｍを表している。
また、図１３、図１４はそれぞれ図１２（ａ）におけるＡ−Ａ’方向のプロファイル、Ｂ−Ｂ’方向のプロファイルであり、図１５、図１６はそれぞれ図１２（ｂ）におけるＣ−Ｃ’方向のプロファイル、Ｄ−Ｄ’方向のプロファイルである。
【００６０】
また、図１３〜図１６において、それぞれ、（ａ）は第１絶縁碍子１１の基端面１１０及び第２絶縁碍子１２の先端面１２０に研削を行なう前の状態を示す図であり、（ｂ）は基端面１１０及び先端面１２０に研削を行なった後の状態を示す図である。
また、図中の細線Ｐ１はうねりのプロファイルであり、太線Ｐ２は該プロファイルの計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで得た包絡うねり曲線を示している。
【００６１】
図１２、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）より、基端面１１０及び先端面１２０のどちらも研削しない場合は、基端面１１０はガスセンサ１の外周に向かうほど、うねりの凸量が大きくなり、先端面１２０はガスセンサ１の中心に向かうほど、うねりの凸量が大きくなることがわかる。
【００６２】
また、図１３〜図１６より、基端面１１０及び先端面１２０に研削を行なう前においては、うねり幅Ｗは１５〜２５μｍ程度であるが、研削を行なった後は、基端面１１０及び先端面１２０のうねりは確実に減少しており、上記包絡うねり曲線（太線Ｐ２）はうねり幅Ｗが５μｍ以下となっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１における、ガスセンサの断面説明図。
【図２】実施例１における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面の断面説明図。
【図３】実施例１における、第１絶縁碍子の基端面の研削面３と第２絶縁碍子の先端面の研削面３との接触部の断面説明図。
【図４】実施例１における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面の説明図、（ｂ）第２絶縁碍子の先端面の説明図。
【図５】実施例１における、センサ素子を挿嵌保持した第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子の正面図。
【図６】実施例２における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面のうねりの山と第２絶縁碍子の先端面のうねりの山との接触面の断面説明図、（ｂ）第１絶縁碍子の基端面に形成された研削面と第２絶縁碍子の先端面のうねりの山との接触面の断面説明図。
【図７】（ａ）従来例における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面との接触部の断面説明図、（ｂ）実施例２における、第１絶縁碍子の基端面と第２絶縁碍子の先端面との接触部の断面説明図。
【図８】実施例３における、第１絶縁碍子及び第２絶縁碍子に荷重をかける方法を示す説明図。
【図９】実施例３における、（ａ）比較試料の測定結果を示す図、（ｂ）試料１の測定結果を示す図、（ｃ）試料２の測定結果を示す図、（ｄ）試料３の測定結果を示す図。
【図１０】実施例４における、（ａ）比較試料の断面説明図、（ｂ）試料１又は試料２の断面説明図、（ｃ）試料３の断面説明図。
【図１１】実施例４における、（ａ）比較試料の測定結果を示す図、（ｂ）試料１の測定結果を示す図、（ｃ）試料２の測定結果を示す図、（ｄ）試料３の測定結果を示す図。
【図１２】実施例５における、（ａ）第１絶縁碍子の基端面の説明図、（ｂ）第２絶縁碍子の先端面の説明図。
【図１３】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ａ）のＡ−Ａ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ａ）のＡ−Ａ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１４】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ａ）のＢ−Ｂ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ａ）のＢ−Ｂ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１５】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ｂ）のＣ−Ｃ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ｂ）のＣ−Ｃ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１６】実施例５における、（ａ）研削する前の図１２（ｂ）のＤ−Ｄ’方向のプロファイル、（ｂ）研削面を設けた後の図１２（ｂ）のＤ−Ｄ’方向のプロファイルをそれぞれ表す線図。
【図１７】従来例における、ガスセンサの断面説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ ガスセンサ
１０ ハウジング
１１ 第１絶縁碍子
１２ 第２絶縁碍子
１１０ 基端面
１２０ 先端面
２ センサ素子
２２ 基端部
３ 研削面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第１絶縁碍子と、該第１絶縁碍子の基端面に先端面を当接して配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第２絶縁碍子と、上記第１絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の研削面を有し、
該研削面において、上記基端面と上記先端面とが接触していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１において、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の上記基端面及び上記第２絶縁碍子の上記先端面に形成してなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記研削面は、上記ガスセンサの径方向に沿った長さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、任意の方向に計測した上記研削面の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記第１絶縁碍子の基端面には、先端側に後退した凹部が形成されており、上記第２絶縁碍子の先端面には、上記凹部に嵌合可能な凸部が形成されており、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子とは、上記凹部と上記凸部とを嵌合させた状態で上記基端面と上記先端面とを当接させていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を挿嵌保持する第１絶縁碍子と、該第１絶縁碍子の基端面に先端面を当接して配置されると共に上記センサ素子の基端部を覆う第２絶縁碍子と、上記第１絶縁碍子を嵌入保持するハウジングとを有し、
上記第１絶縁碍子の上記基端面と上記第２絶縁碍子の上記先端面との少なくとも一方は、平面状の研削面を有し、
該研削面において、上記基端面と上記先端面とが接触していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１において、上記研削面は、上記第１絶縁碍子の上記基端面及び上記第２絶縁碍子の上記先端面に形成してなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記研削面は、上記ガスセンサの径方向に沿った長さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、任意の方向に計測した上記研削面の凹凸のプロファイルを計測方向に沿って０．５ｍｍ毎の小領域に区切り、各小領域におけるそれぞれの最高点を繋いで包絡うねり曲線を得たとき、該包絡うねり曲線のうねり幅が５μｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記第１絶縁碍子の基端面には、先端側に後退した凹部が形成されており、上記第２絶縁碍子の先端面には、上記凹部に嵌合可能な凸部が形成されており、上記第１絶縁碍子と上記第２絶縁碍子とは、上記凹部と上記凸部とを嵌合させた状態で上記基端面と上記先端面とを当接させていることを特徴とするガスセンサ。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−３００９２０（Ｐ２００６−３００９２０Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２０９４１（Ｐ２００５−３２０９４１）
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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