ガスセンサ
【課題】外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供すること。
【解決手段】センサ素子２と、センサ素子２を挿通保持する素子保持部（素子側絶縁碍子３）と、素子保持部を内側に保持するハウジング４と、素子保持部の基端側に配設された大気側絶縁碍子５と、大気側絶縁碍子５を覆うようにハウジング４の基端側に設けた大気側カバー６とを有するガスセンサ１。大気側絶縁碍子５の内壁面とセンサ素子２との間には、センサ素子２を厚み方向から挟圧するように該センサ素子２の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネ１１が対向配置されている。大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間には、センサ素子２の厚み方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上である。
【解決手段】センサ素子２と、センサ素子２を挿通保持する素子保持部（素子側絶縁碍子３）と、素子保持部を内側に保持するハウジング４と、素子保持部の基端側に配設された大気側絶縁碍子５と、大気側絶縁碍子５を覆うようにハウジング４の基端側に設けた大気側カバー６とを有するガスセンサ１。大気側絶縁碍子５の内壁面とセンサ素子２との間には、センサ素子２を厚み方向から挟圧するように該センサ素子２の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネ１１が対向配置されている。大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間には、センサ素子２の厚み方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の内燃機関等の排気系には、排ガス中の酸素や窒素酸化物等の特定ガスの濃度を測定するガスセンサ９が配設されている。該ガスセンサ９として、図１１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための板棒状のセンサ素子９２を、素子側絶縁碍子９３に挿通保持させてなるものがある。そして、素子側絶縁碍子９３は、ハウジング９４の内側に保持されている。素子側絶縁碍子９３の基端側には、センサ素子９２の基端部９２１を覆うように配設された大気側絶縁碍子９５が配設され、該大気側絶縁碍子９５を覆うように大気側カバー９６がハウジング９４の基端側に設けてある。
【０００３】
かかる構成において、センサ素子９２を基準にして上記大気側絶縁碍子９５の位置を決めて配設する場合、ハウジング９４もしくは素子側絶縁碍子９３等の素子保持部側に対して大気側絶縁碍子９５を強く押圧するように固定することはできない。素子保持部側と大気側絶縁碍子９５との接触面が傾斜していると、押圧力をかけることにより、センサ素子９２に曲げ力が作用し、破損のおそれがあるからである。それ故、大気側絶縁碍子９５は素子保持部側に対して浮いた状態、即ちいわゆるフローティング状態で配設される。
【０００４】
しかし、この状態で、図１２に示すごとく、ガスセンサ９に振動や衝撃等の外力Ｆが働いた場合、大気側絶縁碍子９５が動き、センサ素子９２に曲げ力が働くおそれがある。即ち、大気側絶縁碍子９５とセンサ素子９２との間の端子バネ９４の付勢力ｆ、ｆ’に偏りが生じ、｜ｆ−ｆ’｜という力がセンサ素子９２の基端部に作用し、曲げ力が生じる。これにより、場合によっては、センサ素子９２が折損したりするおそれがある。
【０００５】
かかる問題に対して、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に押圧バネを配設して、大気側絶縁碍子を大気側カバーの所定の位置に固定したガスセンサが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記ガスセンサは、大気側絶縁碍子が複数の挟持部材を組合わせて構成されているなど、複雑な構成となっている。また、上記押圧バネの合成バネ定数や最大ストロークについての規定がない。
【０００６】
それ故、場合によっては、センサ素子への曲げ力の作用を充分に抑制することが困難となるおそれもある。
また、押圧バネの最大ストロークが大きすぎると、ガスセンサに過大な外力が作用したとき、大気側絶縁碍子が大きく動くことによってセンサ素子に過大な曲げ力が加わることも考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４４７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に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】
【０００９】
第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサにおいては、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に、上記外方バネが介在している。そのため、大気側絶縁碍子が外方バネによって大気側カバーの内側において保持されることとなる。それ故、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにおける、大気側絶縁碍子の大気側カバーに対する動き（変位）を抑制することができ、ひいては、大気側絶縁碍子のセンサ素子に対する動き（変位）を抑制することができる。
【００１１】
すなわち、ガスセンサに大きな外力が働いたとき、外方バネが伸縮して大気側カバーに対して大気側絶縁碍子が動き、このとき、端子バネも上記外方バネと同じ方向に伸縮する。これにより、センサ素子には、端子バネを介して曲げ力が作用することとなる。ところが、上記外力は、外方バネと端子バネとに分散されることとなるため、この外方バネ力により、大気側絶縁碍子の変位量を抑制することができる。これにより、センサ素子に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子の破損を防ぐことができる。
【００１２】
そして、特に、外方バネの合成バネ定数は端子バネの合成バネ定数以上であるため、外力は、外方バネの方に多くかかることとなり、それにより大気側絶縁碍子の変位量をより抑制することができ、端子バネには、大きな付勢力が蓄積されることが無く、センサ素子に作用する力を小さくすることができる。その結果、センサ素子の破損を効果的に防ぐことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサにある（請求項２）。
【００１５】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサにおいては、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に、上記外方バネが介在している。そのため、上記第１の発明と同様に、ガスセンサに外力が働いたときにおける大気側絶縁碍子のセンサ素子に対する動き（変位）を抑制することができる。これにより、センサ素子に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子の破損を防ぐことができる。
【００１６】
また、外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であるため、外力が作用したときに、大気側カバーに対する大気側絶縁碍子の最大の変位量は外方バネの最大ストローク量となる。即ち、ガスセンサに過大な外力が作用しても、大気側カバーに対する大気側絶縁碍子の変位量が、外方バネの最大ストローク量よりも大きくなることがない。その結果、端子バネを介してセンサ素子に作用する力が過大となることを防ぐことができる。
【００１７】
換言すると、ガスセンサに過大な外力がかかって、大気側カバーに対して大気側絶縁碍子が最も変位したときでも、大気側絶縁碍子とセンサ素子との間の端子バネは未だ伸縮しきっていない状態となる。そのため、端子バネ力（素子曲げ力）の最大値が固定され、センサ素子に作用する力を抑制することができる。
その結果、センサ素子の破損を効果的に防ぐことができる。
【００１８】
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００１９】
第３の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項３）。
【００２０】
上記ガスセンサにおいては、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータの破損を効果的に防ぐことができる。これは、上記第１の発明におけるセンサ素子の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータを内側に配するセンサ素子にヒータを介して作用する力も抑制されるため、センサ素子の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにヒータやセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００２１】
第４の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサにある（請求項４）。
【００２２】
上記ガスセンサにおいては、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータの破損を効果的に防ぐことができる。これは、上記第２の発明におけるセンサ素子の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータを内側に配するセンサ素子にヒータを介して作用する力も抑制されるため、センサ素子の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにヒータやセンサ素子が破損することを充分に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】
【００２３】
上記第１の発明〜上記第４の発明において、合成バネ定数とは、上記複数の端子バネからなる組合せバネ、或いは上記複数の外方バネからなる組合せバネのバネ定数をいう。即ち、複数の端子バネ及び複数の外方バネは、それぞれ組合せバネとみなすことができるため、その組合せバネのバネ定数が上記合成バネ定数である。
また、上記外方バネは、伸びる方向に付勢された状態（自由状態よりも縮んだ状態）で配設されていることが好ましいが、縮む方向に付勢された状態（自由状態よりも伸びた状態）で配設されていてもよい。
なお、本明細書においては、ガスセンサについて、被測定ガスに曝される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００２４】
上記第２の発明（請求項２）又は上記第４の発明（請求項４）において、上記外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記第１の発明と上記第２の発明との組合せの効果を得ることができ、センサ素子あるいはヒータの破損を一層効果的に防ぐことができる。
【００２５】
また、上記外方バネは、上記大気側カバーよりも内側に形成した内側保護筒と上記大気側絶縁碍子との間に配設されていてもよい（請求項６）。
この場合には、外力によって大気側カバーが変形したとき、その変形を大気側カバーと内側保護筒とのスペースにおいて吸収することができる。そのため、大気側カバーの変形を外方バネが受けることがなく、安定したバネ力の状態を維持することができ、センサ素子あるいはヒータの破損防止の効果を維持することができる。
【００２６】
また、上記内側保護筒を設けることにより、大気側絶縁碍子と内側保護筒との間に配する外方バネの最大ストローク量を小さくすることが容易となる。その結果、ガスセンサに過大な外力がかかったときにもセンサ素子あるいはヒータに作用する力を抑制することができるという、上記第２の発明（請求項２）又は上記第４の発明（請求項４）の作用効果を容易に得ることができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための板棒状のセンサ素子２を内蔵してなる。そして、ガスセンサ１は、センサ素子２を挿通保持する素子保持部としての素子側絶縁碍子３と、該素子側絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４と、素子側絶縁碍子３の基端側においてセンサ素子２の基端部２１を覆うように配設された大気側絶縁碍子５と、該大気側絶縁碍子５を覆うようにハウジング４の基端側に設けた大気側カバー６とを有する。
【００２８】
図１、図２に示すごとく、大気側絶縁碍子５の内壁面とセンサ素子２との間には、センサ素子２を厚み方向から挟圧するように該センサ素子２の基端部２１に接触する二対の端子バネ１１が対向配置されている。
また、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間には、センサ素子２の厚み方向、即ち端子バネ１１の挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。
外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上となっている。
【００２９】
上記大気側絶縁碍子５は、図２に示すごとく、断面略Ｃ字状であってスリットを有する筒状のホルダ１３によって保持され、該ホルダ１３と大気側カバー６との間に、外方バネ１２が配設されている。図１、図２に示すごとく、外方バネ１２は、ホルダ１３から斜め外方に突出するように形成されており、広がる方向、即ち大気側カバー６の内側面を押圧した状態で当接している。逆に、外方バネ１２は、大気側絶縁碍子５を保持したホルダ１３を外側から押圧する方向に付勢された状態となっている。
大気側絶縁碍子５は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）等のセラミックからなる。
【００３０】
センサ素子２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やジルコニア（ＺｒＯ2）等のセラミック板を積層して構成した積層型の素子であって、被測定ガス中の特定ガスの濃度（例えば内燃機関の排ガス中の酸素濃度や窒素酸化物濃度等）を検出するセンサセルと、該センサセルの温度を調整するためのヒータとを一体的に設けてなる（図示略）。
【００３１】
センサ素子２は、素子側絶縁碍子３に挿通されており、センサ素子２と素子側絶縁碍子３との間は、ガラス封止材１４１によって封止されると共に固定されている。また、素子側絶縁碍子３はハウジング４に保持され、素子側絶縁碍子３とハウジング４との間には、リング状のパッキン材１４２が配設されている。そして、素子側絶縁碍子３の基端側は、ハウジング４の基端部によって、リング状の皿バネ１４３を介して、かしめ固定されている。
【００３２】
また、大気側絶縁碍子５は、ハウジング４もしくは素子側絶縁碍子３等の素子保持部側に対して固定されておらず、基本的には素子保持部側から浮いた、いわゆるフローティング状態にある。そして、大気側絶縁碍子５は、端子バネ１１と外方バネ１２とを介して、センサ素子２及び大気側カバー６に対して保持された状態にある。
また、ハウジング４の先端側には、センサ素子２をカバーする被測定ガス側カバー１４４が配設されている。
【００３３】
また、図２に示すごとく、端子バネ１１は、合計４本配設されており、そのうちの２本はセンサ素子２におけるセンサセルの出力端子に接触し、他の２本はセンサセルに積層されたヒータの通電用端子に接触している。
また、端子バネ１１は、外部リード１４５に電気的に接続されている。
【００３４】
端子バネ１１は、金属板を折り曲げ形成してなり、背板部１１１と前板部１１２と両者を連結する屈曲部１１３とを有する。そして、背板部１１１を大気側絶縁碍子５の内壁面に当接させ、前板部１１２をセンサ素子２に当接させている。
また、図３、図４に示すごとく、端子バネ１１の付勢方向（矢印ｆ１）と外方バネ１２の付勢方向（矢印ｆ２）とはいずれもセンサ素子２の厚み方向であって、同一方向となっている。なお、図３、図４は、端子バネ１１及び外方バネ１２の位置に、それぞれのバネの付勢力を表したものであり、特に図４は、模式化、簡略化した図である。
【００３５】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサ１においては、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間に、上記外方バネ１２が介在している。そのため、大気側絶縁碍子５が外方バネ１２によって大気側カバー６の内側において保持されることとなる。それ故、ガスセンサ１に衝撃等の外力が働いたとき、大気側絶縁碍子５の大気側カバー６に対する動き（変位）を抑制することができ、ひいては、大気側絶縁碍子５のセンサ素子２に対する動き（変位）を抑制することができる。
【００３６】
すなわち、ガスセンサ１に大きな外力が働いたとき、外方バネ１２が伸縮して大気側カバー６に対して大気側絶縁碍子５が動き、このとき、端子バネ１１も上記外方バネ１２と同じ方向に伸縮する。これにより、センサ素子２には、端子バネ１１を介して曲げ力が作用することとなる。ところが、上記外力は、外方バネ１２と端子バネ１１とに分散されることとなるため、この外方バネ力により、大気側絶縁碍子５の変位量を抑制することできる。これにより、センサ素子２に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子２の破損を防ぐことができる。
【００３７】
そして、特に、外方バネ１２の合成バネ定数ｋ２は端子バネ１１の合成バネ定数ｋ１以上であるため、衝撃等により大気側絶縁碍子５に動き（変位）が生じた場合、その変位を生む外力は、外方バネ１２の方に多くかかることとなり、端子バネ１１には、大きな付勢力が蓄積されることが無く、センサ素子２に作用する力を小さくすることができる。
言い換えると、外方バネ１２により、外力発生時の大気側絶縁碍子５の変位量を抑えることで、結果としてセンサ素子２への作用する力（故に端子バネ１１による発生バネ力）を小さくできる。
【００３８】
即ち、大気側絶縁碍子５の変位がΔＬとなったとき、２つの外方バネ１２により働く付勢力Ｆ２は、Ｆ２＝ｋ２×ΔＬとなり、４つの端子バネ１１により働く付勢力Ｆ１は、Ｆ１＝ｋ１×ΔＬとなる。このとき、ｋ１≦ｋ２であるため、Ｆ１≦Ｆ２となり、外力は、外方バネ１２の方に多く割り当てられ、センサ素子２に作用する力（大気側絶縁碍子５の変位量）を小さくすることができる。
その結果、センサ素子２の破損を効果的に防ぐことができる。
【００３９】
以上のごとく、本例によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００４０】
（実施例２）
本例は、図５〜図７に示すごとく、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２を、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１以下としたガスセンサ１の例である。
図７に示すごとく、特に、端子バネ１１及び外方バネ１２の縮み方向には、その縮み幅に限界がある。この最も縮んだ状態（図７（ｂ）、（ｄ）の状態）と、ガスセンサ１に外力がかかっていない通常の状態（図７（ａ）、（ｃ）の状態）との間の端子バネ１１及び外方バネ１２の変位量を最大ストロークｓ１、ｓ２と考えることができる。
【００４１】
そこで、端子バネ１１と外方バネ１２との最も縮んだ状態の厚みを無視して（０として）模式化すると、通常状態と最大変位状態とは、それぞれ図５、図６のように表すことができる。即ち、図５に示すごとく、ガスセンサ１に外力が作用していない状態において、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間のクリアランスを外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２とし、大気側絶縁碍子５とセンサ素子２との間のクリアランスを端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１とすることができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００４２】
なお、実際には、端子バネ１１と外方バネ１２との最も縮んだ状態においても、その厚みは０ではないため、最大ストローク量ｓ１、ｓ２と上記クリアランスとは一致しないが、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１と外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２との差について考察するに当たり、上記のような仮定をしても、実際の現象と等価な考察を行うことは可能である。
【００４３】
本例においては、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２は、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１以下であるため（即ち、ｓ２≦ｓ１であるため）、図６に示すごとく、外力が作用したときに、大気側カバー６に対する大気側絶縁碍子５の最大の変位量は外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２となる。即ち、ガスセンサ１に過大な外力が作用しても、大気側カバー６に対する大気側絶縁碍子５の変位量が、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２よりも大きくなることがない。その結果、端子バネ１１を介してセンサ素子２に作用する力が過大となることを防ぐことができる。
【００４４】
具体的には、図６に示すごとく、大気側絶縁碍子５の変位量が最大となったとき、端子バネ１１によってセンサ素子２に作用する力Ｆ１MAXは、Ｆ１MAX＝ｋ１×ｓ２となり、最大ストローク量ｓ２によってＦ１MAXを求めることができる。逆に、このＦ１MAXよりも大きな力がセンサ素子に作用することを防ぐことができる。
仮に、ｓ２＞ｓ１とした場合、ガスセンサ１に過大な外力が作用すると、端子バネ１１が伸縮しきった状態から、更に大気側絶縁碍子５が変位しようとする。これにより、大気側絶縁碍子５から端子バネ１１を介してセンサ素子２へ作用する力は、バネ力を超えた力となり、センサ素子２を破壊させるおそれがある。
【００４５】
換言すると、本発明においては、ガスセンサ１に過大な外力がかかって、大気側カバー６に対して大気側絶縁碍子５が最も変位したときでも、大気側絶縁碍子５とセンサ素子２との間の端子バネ１１は未だ伸縮しきっていない状態となる。即ち、ｓ１−ｓ２の分だけ端子バネ１１にはストローク量に余裕がある。そのため、端子バネ１１からセンサ素子２に作用する力（Ｆ１）が過大となることなく、センサ素子２に作用する力を抑制することができる。
その結果、センサ素子２の破損を効果的に防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４６】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、大気側カバー６よりも内側に内側保護筒６１を配設した例である。そして、該内側保護筒６１と大気側絶縁碍子５との間に、外方バネ１２を配設している。
なお、内側保護筒６１は、素子側絶縁碍子３及び皿バネ１４３と共に、ハウジング４の基端部にかしめ固定されている。
その他は、実施例１、２と同様である。
【００４７】
本例の場合には、飛び石等の外力によって大気側カバー６が変形したとき、その変形を大気側カバー６と内側保護筒６１とのスペース６２において吸収することができる。そのため、大気側カバー６の変形による外方バネ１２のストローク量ｓ２の変化を防ぎ、Ｆ１とＦ２およびｓ１とｓ２の関係を維持していくことができ、センサ素子２の破損防止の効果を維持することができる。
【００４８】
また、上記内側保護筒６１を設けることにより、大気側絶縁碍子５と内側保護筒６１との間に配する外方バネ１２の最大ストローク量を小さくすることが容易となる。その結果、ガスセンサ１に過大な外力がかかったときにもセンサ素子２に作用する力を抑制することができるという、上記実施例２において示した作用効果を容易に得ることができる。
その他、実施例１、２と同様の作用効果を有する。
【００４９】
なお、上記実施例においては、端子バネ及び外方バネを板バネ状のバネによって構成した例を示したが、例えばコイルバネ等、他のバネを用いることもできる。
【００５０】
（実施例４）
本例は、図９、図１０に示すごとく、有底筒状のコップ型のセンサ素子２０を有するガスセンサ１の例である。
センサ素子２０は、図９に示すごとく、有底筒状の固体電解質体と、該固体電解質体の内側表面と外側表面とに設けた一対の電極（図示略）とを有する。
【００５１】
センサ素子２０はハウジング４の内側に保持されている。また、センサ素子２０の内側には、センサ素子２０を加熱するヒータ２２が、その基端部２２１を突出させた状態で挿入されている。ヒータ２２は、略円柱形状を有するアルミナ等からなるセラミックヒータである。
また、ハウジング４の基端側に、ヒータ２２の基端部２２１を覆うように、大気側絶縁碍子５０が配設されている。
【００５２】
図９、図１０に示すごとく、大気側絶縁碍子５０の内壁面とヒータ２２との間には、該ヒータ２２を径方向から挟圧するようにヒータ２２の基端部２２１に接触する一対の端子バネ１１が対向配置されている。
ヒータ２２の基端部２２１には、発熱部と導通する端子２２２が設けてあり、該端子２２２に端子バネ１１が接触することにより、リード線１４６とヒータ２２とが導通されている。
【００５３】
大気側絶縁碍子５０と大気側カバー６との間には、一対の端子バネ１１の挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。
そして、外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上である。
その他は、実施例１と同様である。
【００５４】
本例のガスセンサ１においては、ガスセンサ１に衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータ２２の破損を効果的に防ぐことができる。これは、実施例１におけるセンサ素子２の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータ２２を内側に配するセンサ素子２にヒータ２２を介して作用する力も抑制されるため、センサ素子２の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本例によれば、外力が作用したときにヒータ２２やセンサ素子２が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５５】
また、上記実施例４（図９、図１０）に示す構成において、外方バネ１２の最大ストローク量を、端子バネ１１の最大ストローク量以下とすることもできる。この場合には、上記実施例２と同様の原理により、外力が作用したときにヒータ２２やセンサ素子２が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面相当における、バネの付勢力を示す説明図。
【図４】実施例１における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図５】実施例２における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図６】実施例２における、過大な外力が作用したときのバネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図７】実施例２における、端子バネ及び外方バネの最大ストローク量を示す説明図。
【図８】実施例３における、ガスセンサの縦断面図。
【図９】実施例４における、ガスセンサの縦断面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１１】従来例における、ガスセンサの縦断面図。
【図１２】従来例における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【符号の説明】
【００５７】
１ ガスセンサ
１１ 端子バネ
１２ 外方バネ
２、２０ センサ素子
２２ ヒータ
３ 素子側絶縁碍子
４ ハウジング
５、５０ 大気側絶縁碍子
６ 大気側カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の内燃機関等の排気系には、排ガス中の酸素や窒素酸化物等の特定ガスの濃度を測定するガスセンサ９が配設されている。該ガスセンサ９として、図１１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための板棒状のセンサ素子９２を、素子側絶縁碍子９３に挿通保持させてなるものがある。そして、素子側絶縁碍子９３は、ハウジング９４の内側に保持されている。素子側絶縁碍子９３の基端側には、センサ素子９２の基端部９２１を覆うように配設された大気側絶縁碍子９５が配設され、該大気側絶縁碍子９５を覆うように大気側カバー９６がハウジング９４の基端側に設けてある。
【０００３】
かかる構成において、センサ素子９２を基準にして上記大気側絶縁碍子９５の位置を決めて配設する場合、ハウジング９４もしくは素子側絶縁碍子９３等の素子保持部側に対して大気側絶縁碍子９５を強く押圧するように固定することはできない。素子保持部側と大気側絶縁碍子９５との接触面が傾斜していると、押圧力をかけることにより、センサ素子９２に曲げ力が作用し、破損のおそれがあるからである。それ故、大気側絶縁碍子９５は素子保持部側に対して浮いた状態、即ちいわゆるフローティング状態で配設される。
【０００４】
しかし、この状態で、図１２に示すごとく、ガスセンサ９に振動や衝撃等の外力Ｆが働いた場合、大気側絶縁碍子９５が動き、センサ素子９２に曲げ力が働くおそれがある。即ち、大気側絶縁碍子９５とセンサ素子９２との間の端子バネ９４の付勢力ｆ、ｆ’に偏りが生じ、｜ｆ−ｆ’｜という力がセンサ素子９２の基端部に作用し、曲げ力が生じる。これにより、場合によっては、センサ素子９２が折損したりするおそれがある。
【０００５】
かかる問題に対して、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に押圧バネを配設して、大気側絶縁碍子を大気側カバーの所定の位置に固定したガスセンサが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記ガスセンサは、大気側絶縁碍子が複数の挟持部材を組合わせて構成されているなど、複雑な構成となっている。また、上記押圧バネの合成バネ定数や最大ストロークについての規定がない。
【０００６】
それ故、場合によっては、センサ素子への曲げ力の作用を充分に抑制することが困難となるおそれもある。
また、押圧バネの最大ストロークが大きすぎると、ガスセンサに過大な外力が作用したとき、大気側絶縁碍子が大きく動くことによってセンサ素子に過大な曲げ力が加わることも考えられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４４７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に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】
【０００９】
第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサにおいては、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に、上記外方バネが介在している。そのため、大気側絶縁碍子が外方バネによって大気側カバーの内側において保持されることとなる。それ故、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにおける、大気側絶縁碍子の大気側カバーに対する動き（変位）を抑制することができ、ひいては、大気側絶縁碍子のセンサ素子に対する動き（変位）を抑制することができる。
【００１１】
すなわち、ガスセンサに大きな外力が働いたとき、外方バネが伸縮して大気側カバーに対して大気側絶縁碍子が動き、このとき、端子バネも上記外方バネと同じ方向に伸縮する。これにより、センサ素子には、端子バネを介して曲げ力が作用することとなる。ところが、上記外力は、外方バネと端子バネとに分散されることとなるため、この外方バネ力により、大気側絶縁碍子の変位量を抑制することができる。これにより、センサ素子に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子の破損を防ぐことができる。
【００１２】
そして、特に、外方バネの合成バネ定数は端子バネの合成バネ定数以上であるため、外力は、外方バネの方に多くかかることとなり、それにより大気側絶縁碍子の変位量をより抑制することができ、端子バネには、大きな付勢力が蓄積されることが無く、センサ素子に作用する力を小さくすることができる。その結果、センサ素子の破損を効果的に防ぐことができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサにある（請求項２）。
【００１５】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサにおいては、大気側絶縁碍子と大気側カバーとの間に、上記外方バネが介在している。そのため、上記第１の発明と同様に、ガスセンサに外力が働いたときにおける大気側絶縁碍子のセンサ素子に対する動き（変位）を抑制することができる。これにより、センサ素子に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子の破損を防ぐことができる。
【００１６】
また、外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であるため、外力が作用したときに、大気側カバーに対する大気側絶縁碍子の最大の変位量は外方バネの最大ストローク量となる。即ち、ガスセンサに過大な外力が作用しても、大気側カバーに対する大気側絶縁碍子の変位量が、外方バネの最大ストローク量よりも大きくなることがない。その結果、端子バネを介してセンサ素子に作用する力が過大となることを防ぐことができる。
【００１７】
換言すると、ガスセンサに過大な外力がかかって、大気側カバーに対して大気側絶縁碍子が最も変位したときでも、大気側絶縁碍子とセンサ素子との間の端子バネは未だ伸縮しきっていない状態となる。そのため、端子バネ力（素子曲げ力）の最大値が固定され、センサ素子に作用する力を抑制することができる。
その結果、センサ素子の破損を効果的に防ぐことができる。
【００１８】
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００１９】
第３の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項３）。
【００２０】
上記ガスセンサにおいては、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータの破損を効果的に防ぐことができる。これは、上記第１の発明におけるセンサ素子の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータを内側に配するセンサ素子にヒータを介して作用する力も抑制されるため、センサ素子の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにヒータやセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００２１】
第４の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサにある（請求項４）。
【００２２】
上記ガスセンサにおいては、ガスセンサに衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータの破損を効果的に防ぐことができる。これは、上記第２の発明におけるセンサ素子の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータを内側に配するセンサ素子にヒータを介して作用する力も抑制されるため、センサ素子の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本発明によれば、外力が作用したときにヒータやセンサ素子が破損することを充分に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】
【００２３】
上記第１の発明〜上記第４の発明において、合成バネ定数とは、上記複数の端子バネからなる組合せバネ、或いは上記複数の外方バネからなる組合せバネのバネ定数をいう。即ち、複数の端子バネ及び複数の外方バネは、それぞれ組合せバネとみなすことができるため、その組合せバネのバネ定数が上記合成バネ定数である。
また、上記外方バネは、伸びる方向に付勢された状態（自由状態よりも縮んだ状態）で配設されていることが好ましいが、縮む方向に付勢された状態（自由状態よりも伸びた状態）で配設されていてもよい。
なお、本明細書においては、ガスセンサについて、被測定ガスに曝される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００２４】
上記第２の発明（請求項２）又は上記第４の発明（請求項４）において、上記外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記第１の発明と上記第２の発明との組合せの効果を得ることができ、センサ素子あるいはヒータの破損を一層効果的に防ぐことができる。
【００２５】
また、上記外方バネは、上記大気側カバーよりも内側に形成した内側保護筒と上記大気側絶縁碍子との間に配設されていてもよい（請求項６）。
この場合には、外力によって大気側カバーが変形したとき、その変形を大気側カバーと内側保護筒とのスペースにおいて吸収することができる。そのため、大気側カバーの変形を外方バネが受けることがなく、安定したバネ力の状態を維持することができ、センサ素子あるいはヒータの破損防止の効果を維持することができる。
【００２６】
また、上記内側保護筒を設けることにより、大気側絶縁碍子と内側保護筒との間に配する外方バネの最大ストローク量を小さくすることが容易となる。その結果、ガスセンサに過大な外力がかかったときにもセンサ素子あるいはヒータに作用する力を抑制することができるという、上記第２の発明（請求項２）又は上記第４の発明（請求項４）の作用効果を容易に得ることができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための板棒状のセンサ素子２を内蔵してなる。そして、ガスセンサ１は、センサ素子２を挿通保持する素子保持部としての素子側絶縁碍子３と、該素子側絶縁碍子３を内側に保持するハウジング４と、素子側絶縁碍子３の基端側においてセンサ素子２の基端部２１を覆うように配設された大気側絶縁碍子５と、該大気側絶縁碍子５を覆うようにハウジング４の基端側に設けた大気側カバー６とを有する。
【００２８】
図１、図２に示すごとく、大気側絶縁碍子５の内壁面とセンサ素子２との間には、センサ素子２を厚み方向から挟圧するように該センサ素子２の基端部２１に接触する二対の端子バネ１１が対向配置されている。
また、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間には、センサ素子２の厚み方向、即ち端子バネ１１の挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。
外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上となっている。
【００２９】
上記大気側絶縁碍子５は、図２に示すごとく、断面略Ｃ字状であってスリットを有する筒状のホルダ１３によって保持され、該ホルダ１３と大気側カバー６との間に、外方バネ１２が配設されている。図１、図２に示すごとく、外方バネ１２は、ホルダ１３から斜め外方に突出するように形成されており、広がる方向、即ち大気側カバー６の内側面を押圧した状態で当接している。逆に、外方バネ１２は、大気側絶縁碍子５を保持したホルダ１３を外側から押圧する方向に付勢された状態となっている。
大気側絶縁碍子５は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）等のセラミックからなる。
【００３０】
センサ素子２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やジルコニア（ＺｒＯ2）等のセラミック板を積層して構成した積層型の素子であって、被測定ガス中の特定ガスの濃度（例えば内燃機関の排ガス中の酸素濃度や窒素酸化物濃度等）を検出するセンサセルと、該センサセルの温度を調整するためのヒータとを一体的に設けてなる（図示略）。
【００３１】
センサ素子２は、素子側絶縁碍子３に挿通されており、センサ素子２と素子側絶縁碍子３との間は、ガラス封止材１４１によって封止されると共に固定されている。また、素子側絶縁碍子３はハウジング４に保持され、素子側絶縁碍子３とハウジング４との間には、リング状のパッキン材１４２が配設されている。そして、素子側絶縁碍子３の基端側は、ハウジング４の基端部によって、リング状の皿バネ１４３を介して、かしめ固定されている。
【００３２】
また、大気側絶縁碍子５は、ハウジング４もしくは素子側絶縁碍子３等の素子保持部側に対して固定されておらず、基本的には素子保持部側から浮いた、いわゆるフローティング状態にある。そして、大気側絶縁碍子５は、端子バネ１１と外方バネ１２とを介して、センサ素子２及び大気側カバー６に対して保持された状態にある。
また、ハウジング４の先端側には、センサ素子２をカバーする被測定ガス側カバー１４４が配設されている。
【００３３】
また、図２に示すごとく、端子バネ１１は、合計４本配設されており、そのうちの２本はセンサ素子２におけるセンサセルの出力端子に接触し、他の２本はセンサセルに積層されたヒータの通電用端子に接触している。
また、端子バネ１１は、外部リード１４５に電気的に接続されている。
【００３４】
端子バネ１１は、金属板を折り曲げ形成してなり、背板部１１１と前板部１１２と両者を連結する屈曲部１１３とを有する。そして、背板部１１１を大気側絶縁碍子５の内壁面に当接させ、前板部１１２をセンサ素子２に当接させている。
また、図３、図４に示すごとく、端子バネ１１の付勢方向（矢印ｆ１）と外方バネ１２の付勢方向（矢印ｆ２）とはいずれもセンサ素子２の厚み方向であって、同一方向となっている。なお、図３、図４は、端子バネ１１及び外方バネ１２の位置に、それぞれのバネの付勢力を表したものであり、特に図４は、模式化、簡略化した図である。
【００３５】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサ１においては、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間に、上記外方バネ１２が介在している。そのため、大気側絶縁碍子５が外方バネ１２によって大気側カバー６の内側において保持されることとなる。それ故、ガスセンサ１に衝撃等の外力が働いたとき、大気側絶縁碍子５の大気側カバー６に対する動き（変位）を抑制することができ、ひいては、大気側絶縁碍子５のセンサ素子２に対する動き（変位）を抑制することができる。
【００３６】
すなわち、ガスセンサ１に大きな外力が働いたとき、外方バネ１２が伸縮して大気側カバー６に対して大気側絶縁碍子５が動き、このとき、端子バネ１１も上記外方バネ１２と同じ方向に伸縮する。これにより、センサ素子２には、端子バネ１１を介して曲げ力が作用することとなる。ところが、上記外力は、外方バネ１２と端子バネ１１とに分散されることとなるため、この外方バネ力により、大気側絶縁碍子５の変位量を抑制することできる。これにより、センサ素子２に大きな曲げ力がかかることを防ぎ、センサ素子２の破損を防ぐことができる。
【００３７】
そして、特に、外方バネ１２の合成バネ定数ｋ２は端子バネ１１の合成バネ定数ｋ１以上であるため、衝撃等により大気側絶縁碍子５に動き（変位）が生じた場合、その変位を生む外力は、外方バネ１２の方に多くかかることとなり、端子バネ１１には、大きな付勢力が蓄積されることが無く、センサ素子２に作用する力を小さくすることができる。
言い換えると、外方バネ１２により、外力発生時の大気側絶縁碍子５の変位量を抑えることで、結果としてセンサ素子２への作用する力（故に端子バネ１１による発生バネ力）を小さくできる。
【００３８】
即ち、大気側絶縁碍子５の変位がΔＬとなったとき、２つの外方バネ１２により働く付勢力Ｆ２は、Ｆ２＝ｋ２×ΔＬとなり、４つの端子バネ１１により働く付勢力Ｆ１は、Ｆ１＝ｋ１×ΔＬとなる。このとき、ｋ１≦ｋ２であるため、Ｆ１≦Ｆ２となり、外力は、外方バネ１２の方に多く割り当てられ、センサ素子２に作用する力（大気側絶縁碍子５の変位量）を小さくすることができる。
その結果、センサ素子２の破損を効果的に防ぐことができる。
【００３９】
以上のごとく、本例によれば、外力が作用したときにセンサ素子が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【００４０】
（実施例２）
本例は、図５〜図７に示すごとく、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２を、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１以下としたガスセンサ１の例である。
図７に示すごとく、特に、端子バネ１１及び外方バネ１２の縮み方向には、その縮み幅に限界がある。この最も縮んだ状態（図７（ｂ）、（ｄ）の状態）と、ガスセンサ１に外力がかかっていない通常の状態（図７（ａ）、（ｃ）の状態）との間の端子バネ１１及び外方バネ１２の変位量を最大ストロークｓ１、ｓ２と考えることができる。
【００４１】
そこで、端子バネ１１と外方バネ１２との最も縮んだ状態の厚みを無視して（０として）模式化すると、通常状態と最大変位状態とは、それぞれ図５、図６のように表すことができる。即ち、図５に示すごとく、ガスセンサ１に外力が作用していない状態において、大気側絶縁碍子５と大気側カバー６との間のクリアランスを外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２とし、大気側絶縁碍子５とセンサ素子２との間のクリアランスを端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１とすることができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００４２】
なお、実際には、端子バネ１１と外方バネ１２との最も縮んだ状態においても、その厚みは０ではないため、最大ストローク量ｓ１、ｓ２と上記クリアランスとは一致しないが、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１と外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２との差について考察するに当たり、上記のような仮定をしても、実際の現象と等価な考察を行うことは可能である。
【００４３】
本例においては、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２は、端子バネ１１の最大ストローク量ｓ１以下であるため（即ち、ｓ２≦ｓ１であるため）、図６に示すごとく、外力が作用したときに、大気側カバー６に対する大気側絶縁碍子５の最大の変位量は外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２となる。即ち、ガスセンサ１に過大な外力が作用しても、大気側カバー６に対する大気側絶縁碍子５の変位量が、外方バネ１２の最大ストローク量ｓ２よりも大きくなることがない。その結果、端子バネ１１を介してセンサ素子２に作用する力が過大となることを防ぐことができる。
【００４４】
具体的には、図６に示すごとく、大気側絶縁碍子５の変位量が最大となったとき、端子バネ１１によってセンサ素子２に作用する力Ｆ１MAXは、Ｆ１MAX＝ｋ１×ｓ２となり、最大ストローク量ｓ２によってＦ１MAXを求めることができる。逆に、このＦ１MAXよりも大きな力がセンサ素子に作用することを防ぐことができる。
仮に、ｓ２＞ｓ１とした場合、ガスセンサ１に過大な外力が作用すると、端子バネ１１が伸縮しきった状態から、更に大気側絶縁碍子５が変位しようとする。これにより、大気側絶縁碍子５から端子バネ１１を介してセンサ素子２へ作用する力は、バネ力を超えた力となり、センサ素子２を破壊させるおそれがある。
【００４５】
換言すると、本発明においては、ガスセンサ１に過大な外力がかかって、大気側カバー６に対して大気側絶縁碍子５が最も変位したときでも、大気側絶縁碍子５とセンサ素子２との間の端子バネ１１は未だ伸縮しきっていない状態となる。即ち、ｓ１−ｓ２の分だけ端子バネ１１にはストローク量に余裕がある。そのため、端子バネ１１からセンサ素子２に作用する力（Ｆ１）が過大となることなく、センサ素子２に作用する力を抑制することができる。
その結果、センサ素子２の破損を効果的に防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４６】
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、大気側カバー６よりも内側に内側保護筒６１を配設した例である。そして、該内側保護筒６１と大気側絶縁碍子５との間に、外方バネ１２を配設している。
なお、内側保護筒６１は、素子側絶縁碍子３及び皿バネ１４３と共に、ハウジング４の基端部にかしめ固定されている。
その他は、実施例１、２と同様である。
【００４７】
本例の場合には、飛び石等の外力によって大気側カバー６が変形したとき、その変形を大気側カバー６と内側保護筒６１とのスペース６２において吸収することができる。そのため、大気側カバー６の変形による外方バネ１２のストローク量ｓ２の変化を防ぎ、Ｆ１とＦ２およびｓ１とｓ２の関係を維持していくことができ、センサ素子２の破損防止の効果を維持することができる。
【００４８】
また、上記内側保護筒６１を設けることにより、大気側絶縁碍子５と内側保護筒６１との間に配する外方バネ１２の最大ストローク量を小さくすることが容易となる。その結果、ガスセンサ１に過大な外力がかかったときにもセンサ素子２に作用する力を抑制することができるという、上記実施例２において示した作用効果を容易に得ることができる。
その他、実施例１、２と同様の作用効果を有する。
【００４９】
なお、上記実施例においては、端子バネ及び外方バネを板バネ状のバネによって構成した例を示したが、例えばコイルバネ等、他のバネを用いることもできる。
【００５０】
（実施例４）
本例は、図９、図１０に示すごとく、有底筒状のコップ型のセンサ素子２０を有するガスセンサ１の例である。
センサ素子２０は、図９に示すごとく、有底筒状の固体電解質体と、該固体電解質体の内側表面と外側表面とに設けた一対の電極（図示略）とを有する。
【００５１】
センサ素子２０はハウジング４の内側に保持されている。また、センサ素子２０の内側には、センサ素子２０を加熱するヒータ２２が、その基端部２２１を突出させた状態で挿入されている。ヒータ２２は、略円柱形状を有するアルミナ等からなるセラミックヒータである。
また、ハウジング４の基端側に、ヒータ２２の基端部２２１を覆うように、大気側絶縁碍子５０が配設されている。
【００５２】
図９、図１０に示すごとく、大気側絶縁碍子５０の内壁面とヒータ２２との間には、該ヒータ２２を径方向から挟圧するようにヒータ２２の基端部２２１に接触する一対の端子バネ１１が対向配置されている。
ヒータ２２の基端部２２１には、発熱部と導通する端子２２２が設けてあり、該端子２２２に端子バネ１１が接触することにより、リード線１４６とヒータ２２とが導通されている。
【００５３】
大気側絶縁碍子５０と大気側カバー６との間には、一対の端子バネ１１の挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネ１２が介在している。
そして、外方バネ１２の合成バネ定数は端子バネ１１の合成バネ定数以上である。
その他は、実施例１と同様である。
【００５４】
本例のガスセンサ１においては、ガスセンサ１に衝撃等の外力が働いたときにも、ヒータ２２の破損を効果的に防ぐことができる。これは、実施例１におけるセンサ素子２の破損防止効果と同様の原理に基づくものである。また、ヒータ２２を内側に配するセンサ素子２にヒータ２２を介して作用する力も抑制されるため、センサ素子２の破損も充分に防止することができる。
以上のごとく、本例によれば、外力が作用したときにヒータ２２やセンサ素子２が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５５】
また、上記実施例４（図９、図１０）に示す構成において、外方バネ１２の最大ストローク量を、端子バネ１１の最大ストローク量以下とすることもできる。この場合には、上記実施例２と同様の原理により、外力が作用したときにヒータ２２やセンサ素子２が破損することを充分に防ぐことができるガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面相当における、バネの付勢力を示す説明図。
【図４】実施例１における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図５】実施例２における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図６】実施例２における、過大な外力が作用したときのバネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【図７】実施例２における、端子バネ及び外方バネの最大ストローク量を示す説明図。
【図８】実施例３における、ガスセンサの縦断面図。
【図９】実施例４における、ガスセンサの縦断面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１１】従来例における、ガスセンサの縦断面図。
【図１２】従来例における、バネの付勢力を示すガスセンサの縦断面模式図。
【符号の説明】
【００５７】
１ ガスセンサ
１１ 端子バネ
１２ 外方バネ
２、２０ センサ素子
２２ ヒータ
３ 素子側絶縁碍子
４ ハウジング
５、５０ 大気側絶縁碍子
６ 大気側カバー
【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ためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量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２又は４において、上記外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記外方バネは、上記大気側カバーよりも内側に形成した内側保護筒と上記大気側絶縁碍子との間に配設され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ためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する素子保持部と、該素子保持部を内側に保持するハウジングと、上記素子保持部の基端側において上記センサ素子の基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記センサ素子との間には、上記センサ素子を厚み方向から挟圧するように該センサ素子の基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための有低筒状のセンサ素子と、該センサ素子を内側に保持するハウジングと、基端部を突出させた状態で上記センサ素子の内側に配され該センサ素子を加熱するヒータと、上記ハウジングの基端側において上記ヒータの基端部を覆うように配設された大気側絶縁碍子と、該大気側絶縁碍子を覆うようにハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有するガスセンサであって、
上記大気側絶縁碍子の内壁面と上記ヒータとの間には、該ヒータを径方向から挟圧するように該ヒータの基端部に接触する少なくとも一対の端子バネが対向配置されており、
上記大気側絶縁碍子と上記大気側カバーとの間には、上記一対の端子バネの挟圧方向と同方向に伸縮する外方バネが介在しており、
該外方バネの最大ストローク量は、上記端子バネの最大ストローク量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２又は４において、上記外方バネの合成バネ定数は上記端子バネの合成バネ定数以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記外方バネは、上記大気側カバーよりも内側に形成した内側保護筒と上記大気側絶縁碍子との間に配設され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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１２７６１９（Ｐ２００７−１２７６１９Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４６６７１（Ｐ２００６−１４６６７１）
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【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１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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