ガスセンサ
【課題】センサ部と端子部との位置合せを高精度かつ容易に行うことができ、生産性を向上させることのできるガスセンサを得る。
【解決手段】センサ部２の他端部２ｂに設けた接点部２ｃをホルダ部３の他端側から突出させ、その接点部２ｃを碍子５によって覆う。碍子５の内側には、複数の接点部２ｃにそれぞれ接触する複数の端子部６を設けている。センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の位置ズレを防止する位置決め部３０を設ける。これにより、センサ部２の碍子５に対する取付位置がズレるのが規制され、センサ部２と碍子５との相対位置を、接点部２ｃと端子部６とが合致する位置に予め設定しておくことにより、センサ部２と碍子５とを組み付けるのみで、接点部２ｃと端子部６とを高い精度で位置合せすることができる。
【解決手段】センサ部２の他端部２ｂに設けた接点部２ｃをホルダ部３の他端側から突出させ、その接点部２ｃを碍子５によって覆う。碍子５の内側には、複数の接点部２ｃにそれぞれ接触する複数の端子部６を設けている。センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の位置ズレを防止する位置決め部３０を設ける。これにより、センサ部２の碍子５に対する取付位置がズレるのが規制され、センサ部２と碍子５との相対位置を、接点部２ｃと端子部６とが合致する位置に予め設定しておくことにより、センサ部２と碍子５とを組み付けるのみで、接点部２ｃと端子部６とを高い精度で位置合せすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスセンサとして、例えば、自動車の内燃機関を制御するために排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサなどがある。このようなガスセンサとして、ガス成分を検出するセンサ部を備え、当該センサ部を排気管に取り付けるホルダ部に嵌挿して保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、センサ部の一端部に設けたガス測定部を、ホルダ部に装着したプロテクタで覆って排気管の内部に挿入する一方、センサ部の他端部の外周に設けた接点部を碍子で覆うとともに、碍子に設けた端子部を接点部に接触させるようにしている。
【０００４】
そして、ガス測定部で検出したガス成分を、接点部および端子部を介して当該端子部に接続した外部ハーネスによって電気信号として取り出している。
【特許文献１】特開２００５−２４１３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のガスセンサでは、センサ部の他端部を、センサ部の接点部と碍子に設けた端子部とが接触するように碍子に組み付けるため、接点部と端子部との位置合わせに高い精度が要求される。そのため、センサ部を碍子に組み付ける際の作業効率が悪く、ガスセンサの生産性が悪化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、センサ部と端子部との位置合せを高精度かつ容易に行うことができ、生産性を向上させることのできるガスセンサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一端部にガス測定部が設けられるとともに、他端部の外周に接点部が設けられたセンサ部と、前記センサ部を嵌挿して保持し、一端側に前記ガス測定部を覆うプロテクタが装着されたホルダ部と、前記接点部に接触する端子部が設けられ、前記ホルダ部の他端側に前記センサ部の他端部を覆うように配設された絶縁体と、を備えるガスセンサにおいて、前記センサ部の他端部と前記絶縁体との間に、前記絶縁体に対する前記センサ部の位置決めを行う位置決め部が設けられていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサ部の他端部と絶縁体との間に位置決め部を設けて、センサ部の絶縁体に対する取付位置がズレるのを防止するようにしたので、位置決め部によって決定されるセンター部と絶縁体との相対位置を、接点部と端子部とが合致する位置に予め設定しておくことにより、センサ部と絶縁体とを位置決め部を介して組み付けるだけで接点部と端子部との位置合せを高い精度で行うことができる。したがって、センサ部の他端部と絶縁体との間に位置決め部を設けるという簡単な構成により、センサ部と絶縁体との組み付けを容易に行うことができ、以て、ガスセンサの生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、内燃機関を搭載した自動車の排気管に装着された空燃比検出用の酸素センサを例示する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかるガスセンサの縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図、図３は、センサ部を示す図であって、（ａ）は、センサ部の側面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４は、センサ部の構成を示す分解斜視図、図５は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図６は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図、図７は、センサ部と碍子とをそれぞれ詳細に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を詳細に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を詳細に示す断面斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態にかかる酸素センサ（ガスセンサ）１は、一端部２ａ（図１中下端部）にガス測定部２Ｄが設けられるとともに、他端部２ｂ（図１中上端部）の外周２ｆに複数の電極部（接点部）２ｃが露出して設けられた円筒状のセンサ部２を備えており、この電極部２ｃはガス測定部２Ｄと電気的に接続されている。このセンサ部２は酸素濃度（ガス成分）を検出するもので、ホルダ部３に嵌挿して保持されるようになっている。
【００１２】
センサ部２の一端部２ａに設けられたガス測定部２Ｄは、ホルダ部３の一端側（図１中下端側）から突出しており、このガス測定部２Ｄはホルダ部３の一端側に装着されたプロテクタ４によって覆われている。このように、プロテクタ４によってセンサ部２を覆うことで、ガス測定部２Ｄを排気ガス中の異物から保護することができる。
【００１３】
また、センサ部２の他端部２ｂに設けられた電極部２ｃは、ホルダ部３の他端側（図１中上端側）から突出しており、その電極部２ｃは絶縁体としての碍子５によって覆われている。碍子５の内側には、複数の電極部２ｃにそれぞれ接触する鉤状に屈曲した複数の端子部６が設けられており、これら複数の端子部６の間にセンサ部２の他端部２ｂが嵌合され、当該碍子５の外側をケーシング７により囲繞することで内部を保護している。
【００１４】
電極部２ｃは、図２に示すように、センサ部２の外側に露出するように周方向に等間隔で４箇所配設されており、各電極部２ｃには、それぞれに対応した４つの端子部６が接触している。各端子部６は、図１に示すように、電極部２ｃに接触する先端部が略Ｕ字状に折曲されて碍子５の内周５ｃと他端部２ｂの外周２ｆとの間に形成される空間部Ｓの間で挟持されることで弾発力が付与されており、そのＵ字状先端部６ａが碍子５の内周５ｃに規制されつつ弾発力をもって電極部２ｃに圧接されることで電気的に接続される。そして、端子部６は、結合部１４を介してリード線１３内の芯線１３ａと電気的に接続されている。
【００１５】
また、センサ部２の他端部２ｂは、碍子５の底面５ｂに対して軸方向に空隙部Ｓ１をあけて挿入されるようになっている。よって、センサ部２と碍子５との組み付け時または組み付け後に例えば車両の振動等によってセンサ部２が移動した場合においても、碍子５の底面５ｂにセンサ部２の他端部２ｂが接触することがない。
【００１６】
ホルダ部３の中心部には、円筒状に形成したセンサ部２を挿通する挿入孔３ａが形成されており、その挿入孔３ａには、センサ部２の外周２ｆとホルダ部３との間を圧縮によりシールするシール材としてのセラミック粉８を装填したシール部９が設けられている。
【００１７】
また、ホルダ部３には、上部外側に断面六角形状となる六角部３ｂが形成されているとともに、下部外側に雄ねじ部３ｃが形成されている。そして、雄ねじ部３ｃを排気管Ｅのねじ穴Ｈに螺合して、六角部３ｂに工具を嵌合して締め付けることにより、ホルダ部３を排気管Ｅに固定している。このとき、排気管Ｅと六角部３ｂとの間にガスケットＧを介在させて、ホルダ部３と排気管Ｅとの取付部の気密性を確保している。
【００１８】
シール部９は、ホルダ部３の挿入孔３ａを拡径させて形成したシール材収納スペース１０内に充填した耐熱性のセラミック粉８と、セラミック粉８の充填側（図１中上端側）に配置されるスペーサ１１と、を備えている。
【００１９】
そして、セラミック粉８の上端に配置したスペーサ１１を、シール材収納スペース１０の開口部周縁部（図１中上端部）の加締め部３ｄによってセンサ部２の径方向内側に向けて全周加締め等により曲げ加工することで、セラミック粉８を圧縮してセンサ部２とホルダ部３との間をシールするとともに、センサ部２をホルダ部３に位置決めしている。また、シール部９は、ホルダ部３とセンサ部２との間の隙間等を塞ぎ、ホルダ部３内に外部の水分等が浸入するのを遮断するとともに、排気管内の排気ガス等がケーシング７側に侵入するのを遮断する機能を有している。
【００２０】
なお、本実施形態では、セラミック粉８として、例えば、ステアタイト、または、未焼結のタルクが使用されており、スペーサ１１として、円筒形状のワッシャが用いられている。
【００２１】
また、図１に示すように、筒状に形成したケーシング７の上部内側には例えばフッ素ゴム等の耐熱性のシーリングラバー１２を圧入して密閉し、そのシーリングラバー１２に上述の端子部６に個々に接続した複数（本実施形態では４本）のリード線１３を貫通させて外部に導き出している。なお、端子部６の一端部６ｃとリード線１３との結合部１４から突出するリード板１４ａとは、例えばスポット溶接によって結合される。また、ケーシング７はレーザ溶接７ｂによってホルダ部３の外周に固定されており、レーザ溶接によってケーシング７とホルダ部３との間のシール性を確保している。
【００２２】
ケーシング７の内方に収納した碍子５は円筒状に形成されており、碍子５の底部５ｂには、端子部６の固定部６ｂを挿入する取付孔１５が周方向に等間隔をもって複数（本実施形態ではセンサ部２の周方向に９０°おきに４箇所）形成されている。このように、複数の端子部６を周方向に等分配して配置することで、これら複数の端子部６の間に挟持されるセンサ部２を碍子５の中心に配置しやすくしている。
【００２３】
なお、碍子５と他端部２ｂとの間に設けた空間部Ｓは、シール部９、シーリングラバー１２およびケーシング７とホルダ部３との嵌着部分７ｃによってほぼ気密性が保持されるが、リード線１３の芯線１３ａと被覆材１３ｂとの微少な隙間のみを介して外部と連通し、ケーシング７の内部に酸素濃度検出に用いる基準大気が導入されるようになっている。
【００２４】
また、本実施形態では、ホルダ部３の位置決め面３ｅとケーシング７の縮径段部７ａとの間に弾性部材として、略円環状もしくは略Ｃ字形状で、断面Ｃ字状のＣリング１６を介在させることで碍子５をホルダ部３の位置決め面３ｅに固定している。このＣリング１６は、碍子５とケーシング７との間に挟持されて、弾性的または弾塑性的な反発力を生じさせ、碍子５をケーシング７に対してホルダ部３側、すなわち、軸方向一方側（図１中下側）に押しつける力を生じさせている。これにより、碍子５をホルダ部３の位置決め面３ｅに強固に固定し、碍子５の軸方向の振動を抑制している。
【００２５】
特に、２輪車のような高周波の振動が生じる場合のように、排気管１８から伝達される振動のレベルが大きい場合、碍子５および端子部６の変位が増大し、端子部６がへたり易くなる虞があるが、本実施形態では、このＣリング１６によって、碍子５の振動を抑制するとともに端子部６による碍子５の振動抑制効果と協働して、より端子部６のへたりを抑制することができる。
【００２６】
プロテクタ４は、例えば、金属材料、セラミックス材料によって形成された内筒４ａ、外筒４ｂにより有底筒状の二重構造に形成されており、それら内筒４ａおよび外筒４ｂの適宜箇所にはガス流通用の複数の小孔４ｃを形成している。そして、その小孔４ｃから取り込んだ排気ガスをセンサ部２のガス測定部２Ｄに接触させるようにしている。
【００２７】
本実施形態では、外筒４ｂの先端側４ｅが内筒４ａに向けて径方向内向きに縮径されており、この縮径部位に、内筒４ａの外周側に隙間嵌めで嵌合される嵌合開口４ｆが設けられている。
【００２８】
また、内筒４ａの一方側（図１中下側）の端部４ｄに、ガス流通用の小孔４ｃが形成されている。
【００２９】
この内筒４ａおよび外筒４ｂに形成された小孔４ｃを経由して検出ガスがプロテクタ４内に進入すると、検出ガスがガス測定部２Ｄの周囲に到達し、ガス測定部２Ｄに排気ガスが接触して排気ガス中の酸素濃度がガス測定部２Ｄで電気信号に変換される。そして、その電気信号の情報が電極部２ｃおよび端子部６を経由してリード線１３から外部に取り出されることとなる。
【００３０】
なお、プロテクタ４とホルダ部３とは、例えば、レーザ溶接４ｇによって全周溶接固定されている。
【００３１】
センサ部２は、図３および図４に示すように、基体となる芯ロッド２０と、この芯ロッド２０の外周面２０ａの所定（ほぼ半周）領域に形成したヒータパターン２１と、このヒータパターン２１を覆うヒータ絶縁層２２と、を備えている。そして、芯ロッド２０の外周面２０ａ上でヒータパターン２１と重ならずに略反対側の位置に酸素イオン伝導性の固体電解質層２３が設けられ、この固体電解質層２３の内面に内側電極２４と、固体電解質層２３の外面に外側電極２５と、が形成されている。
【００３２】
また、内側電極２４の内面と芯ロッド２０の外周面２０ａとの間には緩和層２６が設けられるとともに、固体電解質層２３の外面を除いて両電極２４，２５のリード線部２４ａ，２５ａおよび、緩和層２６の一部外面には保護層２７が形成されており、保護層２７や固体電解質層２３の外面を覆うように拡散層２８が形成されている。そして、芯ロッド２０の外面全体の領域を覆うようにスピネル保護層２８ｂが形成されている。
【００３３】
本実施形態では、芯ロッド２０は、絶縁材料であるアルミナなどのセラミック材料によって中実円柱状に形成されている。
【００３４】
ヒータパターン２１は、タングステンや白金などの発熱性導体材料で形成され、芯ロッド２０の先端側から基端側に向けて延びる一対のリード部２１ａ，２１ａを有しており、これらのリード部２１ａ，２１ａには、上述の４本のリード線１３（図１参照）のうちの２本が電気的に接続されている。そして、外部電源によりそれら２本のリード線１３を介してヒータパターン２１に通電することにより発熱し、固体電解質層２３を昇温させて活性化する。
【００３５】
ヒータ絶縁層２２は、絶縁材料で形成されており、ヒータパターン２１の電気的絶縁を確保している。
【００３６】
固体電解質層２３は、例えば、ジルコニアの粉体中に所定重量パーセントのイットリアの粉体を混合させてペースト状にしたものをパターニングし、それぞれを焼成することで形成されている。固体電解質層２３は、内側電極２４と外側電極２５との間で、周囲の酸素濃度差に応じた起電力を発生させ、その厚さ方向に酸素イオンを輸送するものである。
【００３７】
そして、これら固体電解質層２３、内側電極２４および外側電極２５により、酸素濃度を電気信号として取り出す酸素濃度検出部２９が構成されている。なお、酸素濃度検出部２９とヒータパターン２１とは、芯ロッド２０を挟んで互いに対向する位置に配置している。
【００３８】
内側電極２４および外側電極２５はそれぞれ導電性を有し、かつ、酸素が透過できるサーメット構造の金属材料（例えば白金）によって形成されている。これら内側電極２４および外側電極２５には、上述した４本のリード線１３のうち残りの２本のリード線１３が１本づつ接続されており、内側電極２４と外側電極２５との間に生じた出力電圧をそれらリード線１３間の電圧として検出できるようになっている。
【００３９】
また、緩和層２６は、ジルコニアとアルミニウムの混合材料に、さらに、例えばカーボンなどの空孔形成剤（焼失剤）を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成した多孔質構造をしており、センサ部２の周囲を流れる被測定ガスの一部を図４に示す後端側の端面から矢印ａ方向へと移動させて緩和層２６の内部に拡散させつつ、この被測定ガスを内側電極２４へ向けて透過させる機能を有している。そして、固体電解質層２３を通じて内側電極２４側に導入された酸素は、さらに、緩和層２６内に進入することができるようになっている。
【００４０】
また、緩和層２６は、アルミナとジルコニアの混合体で形成されることで、焼結時において固体電解質層２３と芯ロッド２０との間の応力差を緩和する機能も有している。
【００４１】
拡散層２８は、外部に露出される外側電極２５を覆い、測定ガス中の有害物等を通過させず、測定ガス中の酸素が通過できる材質、例えばアルミナと酸化マグネシウムの混合体の多孔質構造体として形成される。
【００４２】
スピネル保護層２８ｂは、測定ガス中の酸素を透過でき、拡散層２８よりも粗い多孔質構造体として形成される。
【００４３】
ここで、本発明では、図５〜図７に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の取付位置がズレるのを防止する位置決め部３０が設けられている。なお、図６（ａ）、（ｂ）は、便宜上、センサ部を上下逆に示している。
【００４４】
この位置決め部３０は、センサ部２の他端部２ｂに形成され、当該他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部３１と、碍子５に形成され、非円形状挿入部３１の底面２ｅの形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部３１が嵌合する非円形状凹部３２と、を備えている。なお、１回回転対称を有する形状とは、軸を中心に１回転（３６０°回転）するまでの間に、回転させる前の図形と、回転させた後の図形とが重なり合う回数が１回のみの形状（すなわち、３６０°回転させないと回転する前の形状と重なり合うことがない形状）のことをいう。
【００４５】
本実施形態では、非円形状挿入部３１は、センサ部２の他端部２ｂの先端に直線状凹部３１ａを設けることで形成されており、非円形状凹部３２は、碍子５の底部５ａに直線状凹部３１ａに係合するリブ状突起３２ａを設けることで形成されている。
【００４６】
したがって、センサ部２に他端部２ｂ側から碍子５を挿入して組み付ける際には、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、碍子５のリブ状突起３２ａをセンサ部２の直線状凹部３１ａに対向させて差し込むことにより、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、碍子５に形成した非円形状凹部３２がセンサ部２に形成した非円形状挿入部３１にほぼ密接して嵌合する。これにより、センサ部２と碍子５とが位置決めされ、センサ部２の碍子５に対する中心位置が、例えば径方向にズレることを規制することができる。このとき、直線状凹部３１ａとリブ状突起３２ａとが係合する相対位置を、センサ部２の電極部２ｃと碍子５の端子部６とが合致する位置に予め設定している。
【００４７】
また、図６（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。このような隙間δを設けることで、組み付け時または組み付け後の車両振動等によってセンサ部２が碍子５に接触することがなくなり、センサ部２もしくは碍子５の破壊を防止することができる。
【００４８】
以上の本実施形態によれば、センサ部２の他端部２ｂと碍子（絶縁体）５との間に位置決め部３０を設けて、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の中心位置が、例えば径方向にズレるのを規制するようにするとともに、位置決め部３０によって決定されるセンサ部２と碍子５との相対位置を、電極部２ｃと端子部６とが合致する位置に予め設定しているので、センサ部２と碍子５とを位置決め部３０を介して組み付けるだけで電極部２ｃと端子部６との位置合せを高い精度で行うことができる。したがって、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に位置決め部３０を設けるという簡単な構成により、センサ部２と碍子５との組み付けを容易に行うことができ、以て、酸素センサ１の生産性を向上させることができる。
【００４９】
また、位置決め部３０によって電極部２ｃと端子部６とが高い精度で組み付けられるため、両者の接続不良を防止することができ、検出（出力）精度を向上することができる。
【００５０】
また、位置決め部３０によってセンサ部２が碍子５に固定されるため、車両振動等によるセンサ部２の振れを防止することができ、以て、電極部２ｃと端子部６との接圧を良好に維持することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、位置決め部３０を、センサ部２の他端部２ｂに形成され、当該他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部３１と、碍子５に形成され、非円形状挿入部３１の底面２ｅの形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部３１が嵌合する非円形状凹部３２と、によって形成している。これにより、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを単に嵌合しつつセンサ部２と碍子５とを組み付けるのみで、それら両者の回転方向の位置合せをより簡単に行うことができる。しかも、センサ部２の他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有しているため、センサ部２が誤った位置で挿入されることで、電極部と端子部との接続位置がズレてしまい、所望の検出（出力）結果が得られない場合があるが、本実施形態ではこれを有利に解決することができる。
【００５２】
さらに、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの先端に直線状凹部３１ａを設けることで形成されるとともに、非円形状凹部３２が、碍子５の底部５ａに直線状凹部３１ａに係合するリブ状突起３２ａを設けることで形成されているため、直線状凹部３１ａとリブ状突起３２ａとの係合による位置合せが可能となるので、非円形状挿入部３１および非円形状凹部３２の構成をより簡素化することができ、酸素センサ１の生産性をより一層向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態で例示した円筒形状で形成される酸素センサに本構成を適用した場合、センサ部２が、碍子５に対してセンサ部２の中心軸Ｃ回りに回転してしまうことを防止することができる。すなわち、本実施形態では、位置決め部３０は、センサ部２が当該センサ部２の中心軸Ｃ周りに回転するのを規制する回転規制部としても機能している。
【００５４】
（第２実施形態）
図８は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図９は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図である。なお、本実施形態にかかるガスセンサは、上記第１実施形態にかかるガスセンサと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００５５】
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の酸素センサ１と同様の構成をしており、図８および図９に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間（例えば、センサ部２の他端部２ｂの外周２ｆと碍子５の内周５ｃとの間）に位置決め部３０Ａが設けられている点が上記第１実施形態と異なっている。
【００５６】
本実施形態にかかる位置決め部３０Ａは、センサ部２の他端部２ｂに形成された非円形状挿入部３１と、碍子５に形成された非円形状凹部３２と、を備えている。
【００５７】
具体的には、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂを設けることで形成されており、非円形状凹部３２が、切除部３１ｂに係合する突出部３２ｂを設けることで形成されている。
【００５８】
本実施形態では、切除部３１ｂは、図８に示すように、センサ部２の他端部２ｂの一側を、図中２点鎖線に示すように蒲鉾状に切除することで形成されており、センサ部２の中心軸Ｃと平行な縦平面３１ｃと、中心軸Ｃに垂直な横平面３１ｄと、が形成されている。
【００５９】
また、突出部３２ｂは、図９（ａ）に示すように、碍子５の内周の底部５ａ近傍に、上述した切除部３１ｂの形状に対応するように突出形成されており、その突出部３２ｂには、切除部３１ｂの縦平面３１ｃに係合する平坦面３２ｃと、切除部３１ｂの横平面３１ｄに係合する棚面３２ｄと、が形成されることになる。
【００６０】
なお、本実施形態にあっても、図９（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。また、本実施形態にあっても図９（ａ）、（ｂ）は便宜上、センサ部２を上下逆に示している。
【００６１】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態によれば、非円形状挿入部３１を、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂを設けることで形成し、非円形状凹部３２を、切除部３１ｂに係合する突出部３２ｂを設けることで形成しているため、センサ部２および碍子５の成形型を容易に形成することができ、酸素センサ１の生産性をより一層向上させることができるという利点がある。
【００６３】
（第３実施形態）
図１０は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図１１は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図である。なお、本実施形態にかかるガスセンサは、上記第１実施形態にかかるガスセンサと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００６４】
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の酸素センサ１と同様の構成をしており、図１０および図１１に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に位置決め部３０Ｂが設けられている点が上記第１実施形態と異なっている。
【００６５】
具体的には、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂＢを設けることで形成されており、非円形状凹部３２が、切除部３１ｂＢに係合する突出部３２ｂＢを設けることで形成されている。
【００６６】
ここで、本実施形態では、図１０に示すように、切除部３１ｂＢは、センサ部２の他端部２ｂのほぼ半周をＬ字状に切除することで形成されており、センサ部２の中心軸Ｃと平行で稜線Ｒを有する山折り状の縦平面３１ｃＢと、中心軸Ｃに垂直で稜線Ｒを挟んだ両側に配置される横平面３１ｄＢと、が形成されている。
【００６７】
また、突出部３２ｂＢは、図１１（ａ）に示すように、碍子５の内周の底部５ａ近傍に、上述した切除部３１ｂＢの形状に対応するように突出形成されており、その突出部３２ｂＢには、切除部３１ｂＢの縦平面３１ｃＢに係合する角面３２ｃＢと、切除部３１ｂＢの横平面３１ｄＢに係合する棚面３２ｄＢと、が形成されることになる。
【００６８】
なお、本実施形態にあっても、図１１（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。また、本実施形態にあっても図１１（ａ）、（ｂ）は便宜上、センサ部２を上下逆に示している。
【００６９】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態および第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
また、上述した各実施形態において、碍子５をＣリング１６による押圧力によってホルダ部３側に固定する効果に加え、位置決め部３０，３０Ａ，３０Ｂによって、センサ部２を碍子５への位置決め、回転規制を行うことで、碍子５の内側に配置された端子部６加わる車両振動を抑制でき、端子部６のへたりを防止し、電気的接続の信頼性を向上することもできる。
【００７１】
以上、本発明にかかるガスセンサの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限ることなく要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態を採用することができる。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを例示したが、これに限ることなく、他のガス成分を検出するセンサであっても本発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるガスセンサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部を示す図であって、（ａ）は、センサ部の側面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部の構成を示す分解斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ詳細に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を詳細に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を詳細に示す断面斜視図。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図１１】本発明の第３実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 酸素センサ
２ センサ部
２ａ センサ部の一端部
２ｂ センサ部の他端部
２ｃ 電極部（接点部）
２Ｄ ガス測定部
３ ホルダ部
４ プロテクタ
５ 碍子（絶縁体）
６ 端子部
３０ 位置決め部
３１ 非円形状挿入部
３１ａ 直線状凹部
３１ｂ 切除部
３２ 非円形状凹部
３２ａ リブ状突起
３２ｂ 突出部
Ｃ 中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスセンサとして、例えば、自動車の内燃機関を制御するために排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサなどがある。このようなガスセンサとして、ガス成分を検出するセンサ部を備え、当該センサ部を排気管に取り付けるホルダ部に嵌挿して保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、センサ部の一端部に設けたガス測定部を、ホルダ部に装着したプロテクタで覆って排気管の内部に挿入する一方、センサ部の他端部の外周に設けた接点部を碍子で覆うとともに、碍子に設けた端子部を接点部に接触させるようにしている。
【０００４】
そして、ガス測定部で検出したガス成分を、接点部および端子部を介して当該端子部に接続した外部ハーネスによって電気信号として取り出している。
【特許文献１】特開２００５−２４１３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のガスセンサでは、センサ部の他端部を、センサ部の接点部と碍子に設けた端子部とが接触するように碍子に組み付けるため、接点部と端子部との位置合わせに高い精度が要求される。そのため、センサ部を碍子に組み付ける際の作業効率が悪く、ガスセンサの生産性が悪化してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、センサ部と端子部との位置合せを高精度かつ容易に行うことができ、生産性を向上させることのできるガスセンサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一端部にガス測定部が設けられるとともに、他端部の外周に接点部が設けられたセンサ部と、前記センサ部を嵌挿して保持し、一端側に前記ガス測定部を覆うプロテクタが装着されたホルダ部と、前記接点部に接触する端子部が設けられ、前記ホルダ部の他端側に前記センサ部の他端部を覆うように配設された絶縁体と、を備えるガスセンサにおいて、前記センサ部の他端部と前記絶縁体との間に、前記絶縁体に対する前記センサ部の位置決めを行う位置決め部が設けられていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサ部の他端部と絶縁体との間に位置決め部を設けて、センサ部の絶縁体に対する取付位置がズレるのを防止するようにしたので、位置決め部によって決定されるセンター部と絶縁体との相対位置を、接点部と端子部とが合致する位置に予め設定しておくことにより、センサ部と絶縁体とを位置決め部を介して組み付けるだけで接点部と端子部との位置合せを高い精度で行うことができる。したがって、センサ部の他端部と絶縁体との間に位置決め部を設けるという簡単な構成により、センサ部と絶縁体との組み付けを容易に行うことができ、以て、ガスセンサの生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、内燃機関を搭載した自動車の排気管に装着された空燃比検出用の酸素センサを例示する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかるガスセンサの縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図、図３は、センサ部を示す図であって、（ａ）は、センサ部の側面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４は、センサ部の構成を示す分解斜視図、図５は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図６は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図、図７は、センサ部と碍子とをそれぞれ詳細に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を詳細に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を詳細に示す断面斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態にかかる酸素センサ（ガスセンサ）１は、一端部２ａ（図１中下端部）にガス測定部２Ｄが設けられるとともに、他端部２ｂ（図１中上端部）の外周２ｆに複数の電極部（接点部）２ｃが露出して設けられた円筒状のセンサ部２を備えており、この電極部２ｃはガス測定部２Ｄと電気的に接続されている。このセンサ部２は酸素濃度（ガス成分）を検出するもので、ホルダ部３に嵌挿して保持されるようになっている。
【００１２】
センサ部２の一端部２ａに設けられたガス測定部２Ｄは、ホルダ部３の一端側（図１中下端側）から突出しており、このガス測定部２Ｄはホルダ部３の一端側に装着されたプロテクタ４によって覆われている。このように、プロテクタ４によってセンサ部２を覆うことで、ガス測定部２Ｄを排気ガス中の異物から保護することができる。
【００１３】
また、センサ部２の他端部２ｂに設けられた電極部２ｃは、ホルダ部３の他端側（図１中上端側）から突出しており、その電極部２ｃは絶縁体としての碍子５によって覆われている。碍子５の内側には、複数の電極部２ｃにそれぞれ接触する鉤状に屈曲した複数の端子部６が設けられており、これら複数の端子部６の間にセンサ部２の他端部２ｂが嵌合され、当該碍子５の外側をケーシング７により囲繞することで内部を保護している。
【００１４】
電極部２ｃは、図２に示すように、センサ部２の外側に露出するように周方向に等間隔で４箇所配設されており、各電極部２ｃには、それぞれに対応した４つの端子部６が接触している。各端子部６は、図１に示すように、電極部２ｃに接触する先端部が略Ｕ字状に折曲されて碍子５の内周５ｃと他端部２ｂの外周２ｆとの間に形成される空間部Ｓの間で挟持されることで弾発力が付与されており、そのＵ字状先端部６ａが碍子５の内周５ｃに規制されつつ弾発力をもって電極部２ｃに圧接されることで電気的に接続される。そして、端子部６は、結合部１４を介してリード線１３内の芯線１３ａと電気的に接続されている。
【００１５】
また、センサ部２の他端部２ｂは、碍子５の底面５ｂに対して軸方向に空隙部Ｓ１をあけて挿入されるようになっている。よって、センサ部２と碍子５との組み付け時または組み付け後に例えば車両の振動等によってセンサ部２が移動した場合においても、碍子５の底面５ｂにセンサ部２の他端部２ｂが接触することがない。
【００１６】
ホルダ部３の中心部には、円筒状に形成したセンサ部２を挿通する挿入孔３ａが形成されており、その挿入孔３ａには、センサ部２の外周２ｆとホルダ部３との間を圧縮によりシールするシール材としてのセラミック粉８を装填したシール部９が設けられている。
【００１７】
また、ホルダ部３には、上部外側に断面六角形状となる六角部３ｂが形成されているとともに、下部外側に雄ねじ部３ｃが形成されている。そして、雄ねじ部３ｃを排気管Ｅのねじ穴Ｈに螺合して、六角部３ｂに工具を嵌合して締め付けることにより、ホルダ部３を排気管Ｅに固定している。このとき、排気管Ｅと六角部３ｂとの間にガスケットＧを介在させて、ホルダ部３と排気管Ｅとの取付部の気密性を確保している。
【００１８】
シール部９は、ホルダ部３の挿入孔３ａを拡径させて形成したシール材収納スペース１０内に充填した耐熱性のセラミック粉８と、セラミック粉８の充填側（図１中上端側）に配置されるスペーサ１１と、を備えている。
【００１９】
そして、セラミック粉８の上端に配置したスペーサ１１を、シール材収納スペース１０の開口部周縁部（図１中上端部）の加締め部３ｄによってセンサ部２の径方向内側に向けて全周加締め等により曲げ加工することで、セラミック粉８を圧縮してセンサ部２とホルダ部３との間をシールするとともに、センサ部２をホルダ部３に位置決めしている。また、シール部９は、ホルダ部３とセンサ部２との間の隙間等を塞ぎ、ホルダ部３内に外部の水分等が浸入するのを遮断するとともに、排気管内の排気ガス等がケーシング７側に侵入するのを遮断する機能を有している。
【００２０】
なお、本実施形態では、セラミック粉８として、例えば、ステアタイト、または、未焼結のタルクが使用されており、スペーサ１１として、円筒形状のワッシャが用いられている。
【００２１】
また、図１に示すように、筒状に形成したケーシング７の上部内側には例えばフッ素ゴム等の耐熱性のシーリングラバー１２を圧入して密閉し、そのシーリングラバー１２に上述の端子部６に個々に接続した複数（本実施形態では４本）のリード線１３を貫通させて外部に導き出している。なお、端子部６の一端部６ｃとリード線１３との結合部１４から突出するリード板１４ａとは、例えばスポット溶接によって結合される。また、ケーシング７はレーザ溶接７ｂによってホルダ部３の外周に固定されており、レーザ溶接によってケーシング７とホルダ部３との間のシール性を確保している。
【００２２】
ケーシング７の内方に収納した碍子５は円筒状に形成されており、碍子５の底部５ｂには、端子部６の固定部６ｂを挿入する取付孔１５が周方向に等間隔をもって複数（本実施形態ではセンサ部２の周方向に９０°おきに４箇所）形成されている。このように、複数の端子部６を周方向に等分配して配置することで、これら複数の端子部６の間に挟持されるセンサ部２を碍子５の中心に配置しやすくしている。
【００２３】
なお、碍子５と他端部２ｂとの間に設けた空間部Ｓは、シール部９、シーリングラバー１２およびケーシング７とホルダ部３との嵌着部分７ｃによってほぼ気密性が保持されるが、リード線１３の芯線１３ａと被覆材１３ｂとの微少な隙間のみを介して外部と連通し、ケーシング７の内部に酸素濃度検出に用いる基準大気が導入されるようになっている。
【００２４】
また、本実施形態では、ホルダ部３の位置決め面３ｅとケーシング７の縮径段部７ａとの間に弾性部材として、略円環状もしくは略Ｃ字形状で、断面Ｃ字状のＣリング１６を介在させることで碍子５をホルダ部３の位置決め面３ｅに固定している。このＣリング１６は、碍子５とケーシング７との間に挟持されて、弾性的または弾塑性的な反発力を生じさせ、碍子５をケーシング７に対してホルダ部３側、すなわち、軸方向一方側（図１中下側）に押しつける力を生じさせている。これにより、碍子５をホルダ部３の位置決め面３ｅに強固に固定し、碍子５の軸方向の振動を抑制している。
【００２５】
特に、２輪車のような高周波の振動が生じる場合のように、排気管１８から伝達される振動のレベルが大きい場合、碍子５および端子部６の変位が増大し、端子部６がへたり易くなる虞があるが、本実施形態では、このＣリング１６によって、碍子５の振動を抑制するとともに端子部６による碍子５の振動抑制効果と協働して、より端子部６のへたりを抑制することができる。
【００２６】
プロテクタ４は、例えば、金属材料、セラミックス材料によって形成された内筒４ａ、外筒４ｂにより有底筒状の二重構造に形成されており、それら内筒４ａおよび外筒４ｂの適宜箇所にはガス流通用の複数の小孔４ｃを形成している。そして、その小孔４ｃから取り込んだ排気ガスをセンサ部２のガス測定部２Ｄに接触させるようにしている。
【００２７】
本実施形態では、外筒４ｂの先端側４ｅが内筒４ａに向けて径方向内向きに縮径されており、この縮径部位に、内筒４ａの外周側に隙間嵌めで嵌合される嵌合開口４ｆが設けられている。
【００２８】
また、内筒４ａの一方側（図１中下側）の端部４ｄに、ガス流通用の小孔４ｃが形成されている。
【００２９】
この内筒４ａおよび外筒４ｂに形成された小孔４ｃを経由して検出ガスがプロテクタ４内に進入すると、検出ガスがガス測定部２Ｄの周囲に到達し、ガス測定部２Ｄに排気ガスが接触して排気ガス中の酸素濃度がガス測定部２Ｄで電気信号に変換される。そして、その電気信号の情報が電極部２ｃおよび端子部６を経由してリード線１３から外部に取り出されることとなる。
【００３０】
なお、プロテクタ４とホルダ部３とは、例えば、レーザ溶接４ｇによって全周溶接固定されている。
【００３１】
センサ部２は、図３および図４に示すように、基体となる芯ロッド２０と、この芯ロッド２０の外周面２０ａの所定（ほぼ半周）領域に形成したヒータパターン２１と、このヒータパターン２１を覆うヒータ絶縁層２２と、を備えている。そして、芯ロッド２０の外周面２０ａ上でヒータパターン２１と重ならずに略反対側の位置に酸素イオン伝導性の固体電解質層２３が設けられ、この固体電解質層２３の内面に内側電極２４と、固体電解質層２３の外面に外側電極２５と、が形成されている。
【００３２】
また、内側電極２４の内面と芯ロッド２０の外周面２０ａとの間には緩和層２６が設けられるとともに、固体電解質層２３の外面を除いて両電極２４，２５のリード線部２４ａ，２５ａおよび、緩和層２６の一部外面には保護層２７が形成されており、保護層２７や固体電解質層２３の外面を覆うように拡散層２８が形成されている。そして、芯ロッド２０の外面全体の領域を覆うようにスピネル保護層２８ｂが形成されている。
【００３３】
本実施形態では、芯ロッド２０は、絶縁材料であるアルミナなどのセラミック材料によって中実円柱状に形成されている。
【００３４】
ヒータパターン２１は、タングステンや白金などの発熱性導体材料で形成され、芯ロッド２０の先端側から基端側に向けて延びる一対のリード部２１ａ，２１ａを有しており、これらのリード部２１ａ，２１ａには、上述の４本のリード線１３（図１参照）のうちの２本が電気的に接続されている。そして、外部電源によりそれら２本のリード線１３を介してヒータパターン２１に通電することにより発熱し、固体電解質層２３を昇温させて活性化する。
【００３５】
ヒータ絶縁層２２は、絶縁材料で形成されており、ヒータパターン２１の電気的絶縁を確保している。
【００３６】
固体電解質層２３は、例えば、ジルコニアの粉体中に所定重量パーセントのイットリアの粉体を混合させてペースト状にしたものをパターニングし、それぞれを焼成することで形成されている。固体電解質層２３は、内側電極２４と外側電極２５との間で、周囲の酸素濃度差に応じた起電力を発生させ、その厚さ方向に酸素イオンを輸送するものである。
【００３７】
そして、これら固体電解質層２３、内側電極２４および外側電極２５により、酸素濃度を電気信号として取り出す酸素濃度検出部２９が構成されている。なお、酸素濃度検出部２９とヒータパターン２１とは、芯ロッド２０を挟んで互いに対向する位置に配置している。
【００３８】
内側電極２４および外側電極２５はそれぞれ導電性を有し、かつ、酸素が透過できるサーメット構造の金属材料（例えば白金）によって形成されている。これら内側電極２４および外側電極２５には、上述した４本のリード線１３のうち残りの２本のリード線１３が１本づつ接続されており、内側電極２４と外側電極２５との間に生じた出力電圧をそれらリード線１３間の電圧として検出できるようになっている。
【００３９】
また、緩和層２６は、ジルコニアとアルミニウムの混合材料に、さらに、例えばカーボンなどの空孔形成剤（焼失剤）を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成した多孔質構造をしており、センサ部２の周囲を流れる被測定ガスの一部を図４に示す後端側の端面から矢印ａ方向へと移動させて緩和層２６の内部に拡散させつつ、この被測定ガスを内側電極２４へ向けて透過させる機能を有している。そして、固体電解質層２３を通じて内側電極２４側に導入された酸素は、さらに、緩和層２６内に進入することができるようになっている。
【００４０】
また、緩和層２６は、アルミナとジルコニアの混合体で形成されることで、焼結時において固体電解質層２３と芯ロッド２０との間の応力差を緩和する機能も有している。
【００４１】
拡散層２８は、外部に露出される外側電極２５を覆い、測定ガス中の有害物等を通過させず、測定ガス中の酸素が通過できる材質、例えばアルミナと酸化マグネシウムの混合体の多孔質構造体として形成される。
【００４２】
スピネル保護層２８ｂは、測定ガス中の酸素を透過でき、拡散層２８よりも粗い多孔質構造体として形成される。
【００４３】
ここで、本発明では、図５〜図７に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の取付位置がズレるのを防止する位置決め部３０が設けられている。なお、図６（ａ）、（ｂ）は、便宜上、センサ部を上下逆に示している。
【００４４】
この位置決め部３０は、センサ部２の他端部２ｂに形成され、当該他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部３１と、碍子５に形成され、非円形状挿入部３１の底面２ｅの形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部３１が嵌合する非円形状凹部３２と、を備えている。なお、１回回転対称を有する形状とは、軸を中心に１回転（３６０°回転）するまでの間に、回転させる前の図形と、回転させた後の図形とが重なり合う回数が１回のみの形状（すなわち、３６０°回転させないと回転する前の形状と重なり合うことがない形状）のことをいう。
【００４５】
本実施形態では、非円形状挿入部３１は、センサ部２の他端部２ｂの先端に直線状凹部３１ａを設けることで形成されており、非円形状凹部３２は、碍子５の底部５ａに直線状凹部３１ａに係合するリブ状突起３２ａを設けることで形成されている。
【００４６】
したがって、センサ部２に他端部２ｂ側から碍子５を挿入して組み付ける際には、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、碍子５のリブ状突起３２ａをセンサ部２の直線状凹部３１ａに対向させて差し込むことにより、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、碍子５に形成した非円形状凹部３２がセンサ部２に形成した非円形状挿入部３１にほぼ密接して嵌合する。これにより、センサ部２と碍子５とが位置決めされ、センサ部２の碍子５に対する中心位置が、例えば径方向にズレることを規制することができる。このとき、直線状凹部３１ａとリブ状突起３２ａとが係合する相対位置を、センサ部２の電極部２ｃと碍子５の端子部６とが合致する位置に予め設定している。
【００４７】
また、図６（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。このような隙間δを設けることで、組み付け時または組み付け後の車両振動等によってセンサ部２が碍子５に接触することがなくなり、センサ部２もしくは碍子５の破壊を防止することができる。
【００４８】
以上の本実施形態によれば、センサ部２の他端部２ｂと碍子（絶縁体）５との間に位置決め部３０を設けて、センサ部２が碍子５に対してセンサ部２の中心位置が、例えば径方向にズレるのを規制するようにするとともに、位置決め部３０によって決定されるセンサ部２と碍子５との相対位置を、電極部２ｃと端子部６とが合致する位置に予め設定しているので、センサ部２と碍子５とを位置決め部３０を介して組み付けるだけで電極部２ｃと端子部６との位置合せを高い精度で行うことができる。したがって、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に位置決め部３０を設けるという簡単な構成により、センサ部２と碍子５との組み付けを容易に行うことができ、以て、酸素センサ１の生産性を向上させることができる。
【００４９】
また、位置決め部３０によって電極部２ｃと端子部６とが高い精度で組み付けられるため、両者の接続不良を防止することができ、検出（出力）精度を向上することができる。
【００５０】
また、位置決め部３０によってセンサ部２が碍子５に固定されるため、車両振動等によるセンサ部２の振れを防止することができ、以て、電極部２ｃと端子部６との接圧を良好に維持することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、位置決め部３０を、センサ部２の他端部２ｂに形成され、当該他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部３１と、碍子５に形成され、非円形状挿入部３１の底面２ｅの形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部３１が嵌合する非円形状凹部３２と、によって形成している。これにより、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを単に嵌合しつつセンサ部２と碍子５とを組み付けるのみで、それら両者の回転方向の位置合せをより簡単に行うことができる。しかも、センサ部２の他端部２ｂの底面２ｅの形状がセンサ部２の中心軸Ｃを中心に１回回転対称性を有しているため、センサ部２が誤った位置で挿入されることで、電極部と端子部との接続位置がズレてしまい、所望の検出（出力）結果が得られない場合があるが、本実施形態ではこれを有利に解決することができる。
【００５２】
さらに、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの先端に直線状凹部３１ａを設けることで形成されるとともに、非円形状凹部３２が、碍子５の底部５ａに直線状凹部３１ａに係合するリブ状突起３２ａを設けることで形成されているため、直線状凹部３１ａとリブ状突起３２ａとの係合による位置合せが可能となるので、非円形状挿入部３１および非円形状凹部３２の構成をより簡素化することができ、酸素センサ１の生産性をより一層向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態で例示した円筒形状で形成される酸素センサに本構成を適用した場合、センサ部２が、碍子５に対してセンサ部２の中心軸Ｃ回りに回転してしまうことを防止することができる。すなわち、本実施形態では、位置決め部３０は、センサ部２が当該センサ部２の中心軸Ｃ周りに回転するのを規制する回転規制部としても機能している。
【００５４】
（第２実施形態）
図８は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図９は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図である。なお、本実施形態にかかるガスセンサは、上記第１実施形態にかかるガスセンサと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００５５】
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の酸素センサ１と同様の構成をしており、図８および図９に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間（例えば、センサ部２の他端部２ｂの外周２ｆと碍子５の内周５ｃとの間）に位置決め部３０Ａが設けられている点が上記第１実施形態と異なっている。
【００５６】
本実施形態にかかる位置決め部３０Ａは、センサ部２の他端部２ｂに形成された非円形状挿入部３１と、碍子５に形成された非円形状凹部３２と、を備えている。
【００５７】
具体的には、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂを設けることで形成されており、非円形状凹部３２が、切除部３１ｂに係合する突出部３２ｂを設けることで形成されている。
【００５８】
本実施形態では、切除部３１ｂは、図８に示すように、センサ部２の他端部２ｂの一側を、図中２点鎖線に示すように蒲鉾状に切除することで形成されており、センサ部２の中心軸Ｃと平行な縦平面３１ｃと、中心軸Ｃに垂直な横平面３１ｄと、が形成されている。
【００５９】
また、突出部３２ｂは、図９（ａ）に示すように、碍子５の内周の底部５ａ近傍に、上述した切除部３１ｂの形状に対応するように突出形成されており、その突出部３２ｂには、切除部３１ｂの縦平面３１ｃに係合する平坦面３２ｃと、切除部３１ｂの横平面３１ｄに係合する棚面３２ｄと、が形成されることになる。
【００６０】
なお、本実施形態にあっても、図９（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。また、本実施形態にあっても図９（ａ）、（ｂ）は便宜上、センサ部２を上下逆に示している。
【００６１】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態によれば、非円形状挿入部３１を、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂを設けることで形成し、非円形状凹部３２を、切除部３１ｂに係合する突出部３２ｂを設けることで形成しているため、センサ部２および碍子５の成形型を容易に形成することができ、酸素センサ１の生産性をより一層向上させることができるという利点がある。
【００６３】
（第３実施形態）
図１０は、センサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図、図１１は、センサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図である。なお、本実施形態にかかるガスセンサは、上記第１実施形態にかかるガスセンサと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００６４】
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の酸素センサ１と同様の構成をしており、図１０および図１１に示すように、センサ部２の他端部２ｂと碍子５との間に位置決め部３０Ｂが設けられている点が上記第１実施形態と異なっている。
【００６５】
具体的には、非円形状挿入部３１が、センサ部２の他端部２ｂの側面の一部に切除部３１ｂＢを設けることで形成されており、非円形状凹部３２が、切除部３１ｂＢに係合する突出部３２ｂＢを設けることで形成されている。
【００６６】
ここで、本実施形態では、図１０に示すように、切除部３１ｂＢは、センサ部２の他端部２ｂのほぼ半周をＬ字状に切除することで形成されており、センサ部２の中心軸Ｃと平行で稜線Ｒを有する山折り状の縦平面３１ｃＢと、中心軸Ｃに垂直で稜線Ｒを挟んだ両側に配置される横平面３１ｄＢと、が形成されている。
【００６７】
また、突出部３２ｂＢは、図１１（ａ）に示すように、碍子５の内周の底部５ａ近傍に、上述した切除部３１ｂＢの形状に対応するように突出形成されており、その突出部３２ｂＢには、切除部３１ｂＢの縦平面３１ｃＢに係合する角面３２ｃＢと、切除部３１ｂＢの横平面３１ｄＢに係合する棚面３２ｄＢと、が形成されることになる。
【００６８】
なお、本実施形態にあっても、図１１（ｂ）に示すように、非円形状挿入部３１と非円形状凹部３２とを嵌合させた状態では、センサ部２の先端と碍子５の底部５ａとの間に適宜な隙間δが設けられるようにしている。また、本実施形態にあっても図１１（ａ）、（ｂ）は便宜上、センサ部２を上下逆に示している。
【００６９】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態および第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
また、上述した各実施形態において、碍子５をＣリング１６による押圧力によってホルダ部３側に固定する効果に加え、位置決め部３０，３０Ａ，３０Ｂによって、センサ部２を碍子５への位置決め、回転規制を行うことで、碍子５の内側に配置された端子部６加わる車両振動を抑制でき、端子部６のへたりを防止し、電気的接続の信頼性を向上することもできる。
【００７１】
以上、本発明にかかるガスセンサの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限ることなく要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態を採用することができる。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを例示したが、これに限ることなく、他のガス成分を検出するセンサであっても本発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるガスセンサの縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部を示す図であって、（ａ）は、センサ部の側面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部の構成を示す分解斜視図。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ詳細に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を詳細に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を詳細に示す断面斜視図。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるセンサ部の他端部の先端形状を概略的に示す要部斜視図。
【図１１】本発明の第３実施形態にかかるセンサ部と碍子とをそれぞれ概略的に示す断面斜視図であって、（ａ）は、センサ部と碍子との組み付け前段階の状態を概略的に示す断面斜視図、（ｂ）は、センサ部と碍子との組み付け完了の状態を概略的に示す断面斜視図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 酸素センサ
２ センサ部
２ａ センサ部の一端部
２ｂ センサ部の他端部
２ｃ 電極部（接点部）
２Ｄ ガス測定部
３ ホルダ部
４ プロテクタ
５ 碍子（絶縁体）
６ 端子部
３０ 位置決め部
３１ 非円形状挿入部
３１ａ 直線状凹部
３１ｂ 切除部
３２ 非円形状凹部
３２ａ リブ状突起
３２ｂ 突出部
Ｃ 中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部にガス測定部が設けられるとともに、他端部の外周に接点部が設けられたセンサ部と、
前記センサ部を嵌挿して保持し、一端側に前記ガス測定部を覆うプロテクタが装着されたホルダ部と、
前記接点部に接触する端子部が設けられ、前記ホルダ部の他端側に前記センサ部の他端部を覆うように配設された絶縁体と、を備えるガスセンサにおいて、
前記センサ部の他端部と前記絶縁体との間に、前記絶縁体に対する前記センサ部の位置決めを行う位置決め部が設けられていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記位置決め部は、前記センサ部が当該センサ部の中心軸周りに回転するのを規制する回転規制部であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記回転規制部は、
前記センサ部の他端部に形成され、底面の形状が前記センサ部の中心軸を中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部と、
前記絶縁体に形成され、前記非円形状挿入部の底面形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部が嵌合する非円形状凹部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記非円形状挿入部は、前記センサ部の他端部の先端に直線状凹部を設けることで形成され、前記非円形状凹部は、前記絶縁体の底部に前記直線状凹部に係合するリブ状突起を設けることで形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記非円形状挿入部は、前記センサ部の他端部側面の一部に切除部を設けることで形成され、前記非円形状凹部は、前記切除部に係合する突出部を設けることで形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項１】
一端部にガス測定部が設けられるとともに、他端部の外周に接点部が設けられたセンサ部と、
前記センサ部を嵌挿して保持し、一端側に前記ガス測定部を覆うプロテクタが装着されたホルダ部と、
前記接点部に接触する端子部が設けられ、前記ホルダ部の他端側に前記センサ部の他端部を覆うように配設された絶縁体と、を備えるガスセンサにおいて、
前記センサ部の他端部と前記絶縁体との間に、前記絶縁体に対する前記センサ部の位置決めを行う位置決め部が設けられていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記位置決め部は、前記センサ部が当該センサ部の中心軸周りに回転するのを規制する回転規制部であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記回転規制部は、
前記センサ部の他端部に形成され、底面の形状が前記センサ部の中心軸を中心に１回回転対称性を有する非円形状挿入部と、
前記絶縁体に形成され、前記非円形状挿入部の底面形状に対応した断面形状を有し、当該非円形状挿入部が嵌合する非円形状凹部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記非円形状挿入部は、前記センサ部の他端部の先端に直線状凹部を設けることで形成され、前記非円形状凹部は、前記絶縁体の底部に前記直線状凹部に係合するリブ状突起を設けることで形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記非円形状挿入部は、前記センサ部の他端部側面の一部に切除部を設けることで形成され、前記非円形状凹部は、前記切除部に係合する突出部を設けることで形成されることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２１０３５０（Ｐ２００９−２１０３５０Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２４５２（Ｐ２００８−５２４５２）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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