ガスセンサ
【課題】よりシール性の向上を図ることのできるガスセンサを得る。
【解決手段】ガスセンサ１は、ガス成分を検出する検出素子２と、検出素子２を嵌挿する挿入孔４ａを有するホルダ４と、挿入孔４ａの内周に設けられたシール材収納スペース４ｇ内に充填される粉末状のシール材１２と、シール材収納スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置され、シール材１２を圧縮して検出素子２の外周２ｅとホルダ４との間をシールする押圧部材１３と、を備えている。そして、シール材収納スペース４ｇの底部４ｋに、外周部に位置し、検出素子２に向かうにつれて深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置し、検出素子２に対して略垂直となる受圧平坦面４ｍと、を形成し、押圧部材１３のシール材押圧面１３ａに傾斜面２０１を設けた。
【解決手段】ガスセンサ１は、ガス成分を検出する検出素子２と、検出素子２を嵌挿する挿入孔４ａを有するホルダ４と、挿入孔４ａの内周に設けられたシール材収納スペース４ｇ内に充填される粉末状のシール材１２と、シール材収納スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置され、シール材１２を圧縮して検出素子２の外周２ｅとホルダ４との間をシールする押圧部材１３と、を備えている。そして、シール材収納スペース４ｇの底部４ｋに、外周部に位置し、検出素子２に向かうにつれて深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置し、検出素子２に対して略垂直となる受圧平坦面４ｍと、を形成し、押圧部材１３のシール材押圧面１３ａに傾斜面２０１を設けた。
【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、ガスセンサとして、ガスの検出素子と当該検出素子を嵌挿したホルダとの間に、タルク粉末を充填するスペースを設け、押圧部材によってタルク粉末を押圧して圧縮することで、検出素子の外面とホルダの内周面との間をシール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、スペースの底部に、外周部に位置し、検出素子に向かうにつれて深くなる方向に傾斜した受圧傾斜面と、内周部に位置して検出素子に対して略垂直に延在する受圧平坦面と、が形成されている。
【０００４】
このように、スペースの底部に受圧傾斜面と受圧平坦面とを形成すれば、押圧部材によるタルク粉末の圧縮時にタルク粉末が流動しやすくなり、受圧傾斜面を設けない場合に比べてシール性の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８６６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のガスセンサでは、押圧部材の押圧面が検出素子の軸に対して略垂直に延在する平坦面となっているため、当該平坦面でタルク粉末を押圧すると、検出素子の軸方向の押圧力がタルク粉末に作用することとなる。このように、検出素子の軸方向のみに押圧力を作用させた場合、受圧傾斜面近傍のタルク粉末に押圧部材による押圧力が伝わりにくかった。そのため、スペース内のタルク粉末が効率よく流動せず、検出素子の外面とホルダの内周面との間のシール性が悪化してしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、よりシール性の向上を図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】
【０００８】
本発明は、シール材収納スペースのシール材装填口側に配置され、シール材収納スペース内に充填されたシール材を圧縮することで検出素子の外周とホルダとの間をシールする押圧部材のシール材押圧面に、傾斜面を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、押圧部材のシール材押圧面に傾斜面を設けたため、押圧部材でシール材を圧縮した際に、傾斜面によって検出素子の軸方向と交差する方向への押圧力を作用させることができる。その結果、従来の構造と比べ、押圧部材による押圧力をシール材収納スペースの底部近傍のシール材に伝達させることができるようになる。そのため、シール材収納スペース内に充填された粉末状のシール材をより効率よく流動させることができ、検出素子の外面とホルダの内周面との間のシール性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサを排気管に取り付けられた状態で示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサの断面図（軸方向に沿った断面図）である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態にかかる検出素子の要部を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態にかかる検出素子を示す図であって、（ａ）は、検出素子の側面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサのワッシャを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６は、本発明の比較例として示す従来の酸素センサの要部断面図である。
【図７】図７は、本発明の比較例として示す従来のワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態にかかる酸素センサのワッシャを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。以下の実施形態では、内燃機関を搭載した自動車や２輪車等の車両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。
【００１２】
なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ（ガスセンサ）１は、図１に示すように、エンジン１０１に接続された排気管１０２における触媒１０３とエンジン１０１との間の位置（触媒１０３の上流側）もしくは触媒の下流側に設けられるものである。
【００１４】
また、図２に示すように、本実施形態にかかる酸素センサ１は、外面に段付きの外形略円柱状をなしている。
【００１５】
この酸素センサ１は、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する検出素子２と、検出素子２が挿通されている筒状のホルダ４と、このホルダ４と検出素子２との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４内に位置決めするシール部５と、を備えている。さらに、酸素センサ１は、検出素子２に接続された端子６と、ホルダ４の軸方向の一端部（上端部）側に配置され、端子６を支持している絶縁体である碍子７と、ホルダ４の軸方向の一端部（上端部）側に配置され、碍子７の外面を覆っているケーシング８と、ホルダ４の他端部（下端部）に固定されるとともにホルダ４より突出し、検出素子２の外面を覆うプロテクタ９と、を備えている。
【００１６】
図２ないし図４に示すように、本実施形態に示す検出素子２は、断面略円柱状をした棒状に形成され、その軸方向の一端部（上端部）には、後述する出力電極２５ａ、およびヒータ電極２２ａを有する接続部２ａが形成され、その軸方向の他端部（下端部）には酸素検知部２ｂが形成されている。詳しくは、検出素子２は、接続部２ａを有する小径円柱部２ｃとこの小径円柱部２ｃの外径Ｄ１よりも略大径に形成された大径円柱部２ｄとを有する段付き円柱状に形成されて小径円柱部２ｃに接続部２ａが形成され、大径円柱部２ｄに酸素検知部２ｂが形成されている。小径円柱部２ｃの先端は、その全周に亘って面取りが施されている。
【００１７】
出力電極２５ａは、検出素子２の外部に対して露出しており、出力電極２５ａと酸素検知部２ｂとは、相互に電気的に接続されている。検出素子２では、酸素検知部２ｂが被測定ガスである排ガスに含まれる特定ガス成分として酸素を検出し、その検出結果として酸素濃度を出力電極２５ａから電気信号で出力するようになっている。
【００１８】
そして、図２および図３に示すように、ホルダ４には、検出素子２が挿入されている素子挿入孔４ａが形成されている。この素子挿入孔４ａに挿入された検出素子２は、その酸素検知部２ｂがホルダ４の軸方向の他方側に露出している一方、接続部２ａがホルダ４の軸方向の一方側に露出している。
【００１９】
ホルダ４は、その上部に上方から見て六角形状を有する六角部４ｂを有し、この六角部４ｂに工具を嵌合してホルダ４に回転トルクを容易に作用させることができるようになっている。ホルダ４の下部の外面には、ネジ部４ｃが形成されている。ホルダ４の六角部４ｂとネジ部４ｃとの間には、ガスケット３５が配置されている。
【００２０】
また、ホルダ４の六角部４ｂの上面には、凸部４ｄが形成されている。凸部４ｄの上面は、碍子７の下端面７ａと当接し碍子７におけるホルダ４側の端部（下端部）を支持する位置決め面４ｈとなっている。この凸部４ｄには、溝部４ｅが形成されている。そして、この溝部４ｅの内周壁が折り曲げられて加締め部４ｆとなっている。このホルダ４は、ステンレス等の金属によって形成されて、導電性を有している。
【００２１】
シール部５は、素子挿入孔４ａの軸方向の一端部に位置する粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇと、この粉充填スペース４ｇの近傍に設けられた加締め部４ｆとを有している。粉充填スペース４ｇは、素子挿入孔４ａの一部がホルダ４の先端側（酸素検知部２ｂ側）からホルダ４の後端側（接続部２ａ側）へ向けて拡径されることで形成されている。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋに、外周部に位置して検出素子２に向かうにつれて深くなる方向に傾斜（図３において内周かつ下方に向けて傾斜）する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置して検出素子２に対して略垂直に延在する受圧平坦面４ｍと、が形成されている。このように、本実施形態では、粉充填スペース４ｇの底部４ｋは、断面逆台形状のすり鉢状に形成されている。
【００２３】
そして、粉充填スペース４ｇには、粉末状の充填剤（シール材）１２がシール材装填口４ｊから充填されるとともに、充填剤１２を押圧するワッシャ（押圧部材）１３が収容されている。すなわち、ワッシャ（押圧部材）１３は、粉充填スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置されている。そして、シール部５は、検出素子２の径方向で、検出素子２の中心へ向かう方向へ全周加締め等の手段を用いて曲げ加工することで加締め変形した加締め部４ｆによってワッシャ１３を圧縮し、この圧縮力で充填剤１２を圧縮状態で充填することによって検出素子２の外面２ｅとホルダ４の内周面４ｉとの間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４に位置決めしている。つまり、充填剤１２は、検出素子２をホルダ４に位置決めし、ワッシャ１３は、充填剤１２を押圧して充填剤１２に検出素子２の位置決めをさせている。
【００２４】
このシール部５による検出素子２の外面２ｅとホルダ４の内周面４ｉとの間のシールによって、ホルダ４の内部に外部の水分等が浸入するのが遮断されるとともに、排気管１０２の内部の排気ガス等がケーシング８の内部に浸入するのが遮断される。
【００２５】
また、本実施形態では、充填剤１２として未焼結のタルクを用い、当該充填剤１２をワッシャ１３により押圧することでシール部５を形成している。なお、タルクの替わりにステアタイト等のセラミック粉を用いることも可能である。
【００２６】
本実施形態における端子６は、検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対応して４つ設けられている。これら４つの端子６は、酸素センサ１の軸心周りに略９０度間隔に配置されている。この端子６は、板素材を折り曲げ加工等することにより形成されており、その一端部には、略板状の接触部６ａが形成されている。端子６の他端部は、ばね性を有する形状に形成されている。具体的には、端子６の他端部には、板ばねである鉤状のばね部６ｂが形成されている。このばね部６ｂは、板素材を折返し加工することによって形成される。
【００２７】
端子６は、ホルダ４の一端部側に配置されている。そして、ホルダ４の軸方向の一方にホルダ４から露出した検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対して、ばね部６ｂがそのばね性を利用して圧接している。
【００２８】
端子６の接触部６ａは、結合部１４を介してハーネス１５の後述する芯線１５ａに接続されている。接触部６ａは、結合部１４に例えばスポット溶接によって固着されている。ここで、結合部１４は、金属材料などの導電性を有する材料によって形成されている。よって、検出素子２の酸素検知部２ｂは、出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）、端子６および結合部１４を介して、ハーネス１５の芯線１５ａと電気的に接続されている。
【００２９】
ハーネス１５は、検出素子２の出力電極２５ａおよび一対のヒータ電極２２ａに対応して３つ設けられている。ハーネス１５は、芯線１５ａとこの芯線１５ａを被覆している被覆材１５ｂとから構成されている。芯線１５ａの端部は被覆材１５ｂから露出しており、この芯線１５ａの露出部分が結合部１４に接続されている。
【００３０】
ケーシング８は、碍子７を覆う筒状に形成されている。このケーシング８の軸方向一端部の内側には、シーリングラバー１６が配置され、このシーリングラバー１６を介してハーネス１５がケーシング８の内部から外部に導き出されている。シーリングラバー１６は、ケーシング８の加締め部８ａによる加締めによって、径方向であってシーリングラバー１６の中心部に向かう方向に縮径された状態でケーシング８に固定されている。この加締めによってシーリングラバー１６とハーネス１５との間、およびシーリングラバー１６とケーシング８との間のシール性（気密性）が確保されている。シーリングラバー１６は、フッ素ゴム等の耐熱性を有する材質から構成されている。
【００３１】
ケーシング８の軸方向の他端部は、ホルダ４に嵌着されるとともに、例えばレーザ溶接等の溶接（例えば、全周溶接）によってホルダ４に固定されている。この溶接によってケーシング８とホルダ４との間のシール性が確保されている。なお、この溶接部分は、図２中に符号１７で示している。ケーシング８の内形は、碍子７の外形よりも十分に大きく形成され、これによってケーシング８と碍子７との間には、空隙部３６が形成されている。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態による碍子７は、外形略円柱状に形成されてホルダ４の位置決め面４ｈに起立状態で配置されている。この碍子７は、絶縁材料からなり、その絶縁材料は、例えばセラミックである。
【００３３】
碍子７の下端面（他端面）７ａには、軸方向一方側に向けて凹む凹部７ｄが形成されている。この凹部７ｄの内周面７ｅに沿って、複数の端子６のばね部６ｂが配置され、これら複数の端子６の間に検出素子２の接続部２ａが嵌合されるようになっている。すなわち、検出素子２と碍子７とが組み付けられた状態では、端子６のばね部６ｂが、碍子７の凹部７ｄの内周面７ｅと検出素子２の接続部２ａの外面との間に形成される空間Ｓに配置され、当該凹部７ｄの内周面７ｅと検出素子２の接続部２ａとに挟持されるようになっている。このように挟持された端子６は、当該挟持によってばね部６ｂに生じる反発力により検出素子２の接続部２ａに圧接し、以て、当該接続部２ａと電気的に接続する。
【００３４】
凹部７ｄの天井部７ｆ（碍子７の上部）には、端子６が貫通挿入される取付孔７ｇが周方向に間隔をもって複数形成されている。本実施形態における端子６は、検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対応して４つ設けられており、これらの端子６を碍子７の周方向に、例えば等配置した場合には、これらの端子６に挟持される検出素子２を凹部７ｄの略中心に配置しやすくなる。
【００３５】
ここで、碍子７と検出素子２の接続部２ａとの間に形成された空間Ｓは、シール部５、シーリングラバー１６およびケーシング８とホルダ４との溶接部分１７によって略気密性が保持されるが、ハーネス１５における芯線１５ａと被覆材１５ｂとの微小な隙間のみを介して外部と連通しており、かかる連通によって、ケーシング８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。
【００３６】
碍子７におけるホルダ４側とは反対側の端部である上端部７ｈにおいては、その外周面に、周方向が該碍子７の周方向に沿った円環状の段差部７ｂが形成されている。この段差部７ｂには、弾性部材３７が外嵌されている。ここで、この段差部７ｂに対応してケーシング８にも円環状の段差部８ｂが形成されており、碍子７の段差部７ｂとケーシング８の段差部８ｂとによって弾性部材３７が圧縮状態で挟持されている。弾性部材３７は、例えばＣリング状やＯリング状に形成されている。かかる構造は、弾性部材３７の弾性力によって碍子７をホルダ４へ押し付けるとともに、碍子７の振動を抑制している。また、酸素センサ１が外力によって振動した場合、弾性部材３７が弾性変形することで、碍子７の振れが吸収または抑制されるので、酸素センサ１の耐振性を向上させることができる。
【００３７】
プロテクタ９は、有底筒状で、且つ、２重構造に形成されている。プロテクタ９とホルダ４との固定は、例えばレーザ溶接等による全周溶接または部分溶接や全周加締め、部分加締め等によってなされている。図２中には、当該固定が溶接の場合の溶接箇所１９が示されている。
【００３８】
プロテクタ９は、内側プロテクタ９ａおよび外側プロテクタ９ｂを有している。これら内側プロテクタ９ａおよび外側プロテクタ９ｂは、例えば金属材料、セラミック材料等によって形成されている。プロテクタ９の内部には、ホルダ４から下方に突出した検出素子２の酸素検知部２ｂが挿入されている。かかる構造のプロテクタ９は、検出素子２の酸素検知部２ｂを覆うことで、酸素検知部２ｂを排気ガス中の異物等から保護する。
【００３９】
プロテクタ９には、ガス流通用の流通孔９ｃが形成されており、検出ガスは、流通孔９ｃを経由してプロテクタ９の内部に進入して、酸素検知部２ｂに至る。
【００４０】
かかる構成の酸素センサ１は、ホルダ４のネジ部４ｃを排気管１０２のネジ孔１０２ａに螺入することにより排気管１０２に固定され、プロテクタ９で覆われた箇所が排気管１０２内に突出された状態で配置される。酸素センサ１と排気管１０２との間の気密および液密は、ガスケット３５によって保持される。
【００４１】
このような構成の酸素センサ１において、排気管１０２内を流通するガスがプロテクタ９の流通孔９ｃより内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子２の酸素検知部２ｂに入り込む。すると、酸素検知部２ｂがガスの酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度を電気信号に変換する。この電気信号の情報が端子６およびハーネス１５を経て外部に出力される。
【００４２】
次に検出素子２にかかる構成について説明する。
【００４３】
検出素子２は、図４に示すように、絶縁材料であるアルミナ等のセラミック材料により形成される細長い円柱ロッド状の基体２１を有し、この基体２１に接続部２ａを構成する出力電極２５ａや、酸素検知部２ｂが形成されている。検出素子２は、このように基体２１をロッド状に形成することにより、酸素センサ１をよりコンパクトな構成とすることができるとともに、取り付け時の方向やガスの流れ方向等による影響を受けなくすることができる。
【００４４】
基体２１の表面２１ａ上には、ヒータパターン２２が形成されており、このヒータパターン２２は、絶縁層２３によって被覆されている。そして、この基体２１は、ヒータパターン２２および絶縁層２３とともに、ヒータ部２８を構成している。
【００４５】
ヒータパターン２２は、例えばアルミナを混合した白金等の発熱性導体材料からなり、基体２１の表面２１ａに曲面印刷等の手段を用いて形成されている。また、ヒータパターン２２には、基体２１の先端側から基体側に向けて延びる一対のリード部（図示せず）が一体的に連設されている。これらのリード部における基体２１の基端側はヒータ電極２２ａとなっており、これらのヒータ電極２２ａが、図２に示すように端子６に接続されている。そして、ヒータパターン２２は、外部のヒータ電源（図示せず）から各リード部を介して給電されることにより、例えば７２０〜８００℃程度の温度に基体２１を加熱する。
【００４６】
絶縁層２３は、ヒータパターン２２をリード部と一緒に径方向外側から保護するために、例えばアルミナ等のセラミック材料を曲面印刷等の手段で基体２１の外周側に厚膜印刷することにより形成されている。
【００４７】
また、基体２１の表面２１ａ上には、ヒータパターン２２とは別の位置に機能層３０および当該機能層３０の外面を覆う保護層３１等が曲面印刷等の手段を用いて積層化するように形成されている。本実施形態では、この機能層３０および保護層３１は、ヒータパターン２２に対して基体２１の表面２１ａ上における径方向の対向位置に設けられている。
【００４８】
機能層３０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層２４と、この固体電解質層２４の基体２１側に位置する参照電極層２５と、この参照電極層２５に対して固体電解質層２４の反対側に位置する検出電極層２６と、固体電解質層２４の基体２１側に位置し、固体電解質層２４に向けて基準ガスである外気（大気）を導く空気通過層２７を含んで構成されている。
【００４９】
固体電解質層２４は、例えばジルコニアの粉体中に所定重量％のイットリアの粉体を混合させてペースト状物により形成される。そして、固体電解質層２４は、参照電極層２５と検出電極層２６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。
【００５０】
これにより、固体電解質層２４と一対の電極層である参照電極層２５および検出電極層２６とによって、酸素濃度を電気信号として取り出す酸素測定部２９を形成する。
【００５１】
また、固体電解質層２４の一部は、空気通過層２７に接している。すなわち、空気通過層２７は、少なくとも基体２１と固体電解質層２４との界面に形成されている。
【００５２】
参照電極層２５および検出電極層２６は、それぞれ白金等からなる導電性で、かつ酸素が通過できる材料により形成されている。そして、参照電極層２５および検出電極層２６にはそれぞれリード部（図示せず）が一体的に延設されており、これらのリード部を用いて参照電極層２５と検出電極層２６との間に現れた出力電圧を検出できるようになっている。詳しくは、これらリード部における参照電極層２５および検出電極層２６側とは反対側の端部が、電極部としての出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）となっている。アース電極および出力電極２５ａは、基体２１の軸方向の一端側に保護層３１よりも延出して外部に露出している（図示せず）。即ち、アース電極および出力電極２５ａは、検出素子２の外周に設けられている。
【００５３】
空気通過層２７は、例えばアルミナの粉体（所定重量％のジルコニアの粉体を混合してもよい）からなるペースト状物を曲面印刷等の手段を用いて基体２１の表面２１ａの外周側に厚膜印刷することにより環状に形成されている。
【００５４】
そして、空気通過層２７は、連続気泡からなる空孔を有した多孔質構造に形成され、検出素子２の周囲を流れる被測定ガスの一部を、空気通過層２７における検出素子２の軸方向の一端側（図２中上側）の端面から当該軸方向へと空気通過層２７の内部に拡散させつつ、この被測定ガスを参照電極層２５に向けて透過させる機能を有している。
【００５５】
また、本実施形態では、空気通過層２７の固体電解質層２４と対向する領域は、固体電解質層２４の面積よりも小さく形成されて、絶縁性材料（例えばアルミナ）と固体電解質（例えばジルコニア）とのセラミック混合体により形成されることで、固体電解質層２４の焼結時において固体電解質層２４と基体２１との間の応力差を緩和する機能も備えている。
【００５６】
また、空気通過層２７の固体電解質層２４と対向する領域を、参照電極層２５の領域よりも大きい面積で構成することで、拡散された被測定ガスを参照電極層２５へ良好に透過させることができるようにしている。
【００５７】
また、空気通過層２７は、充填剤１２によって圧縮される。詳しくは、粉充填スペース４ｇがホルダ４の素子挿入孔４ａの全外周に配置されており、ワッシャ１３を加締め部４ｆによって検出素子２の径方向内側へ向けて全周加締め等の手段を用いて曲げ加工することで、充填剤１２が加圧状態で充填され、検出素子２をホルダ４に位置決めすることができる。この加圧状態で充填された充填剤１２は、ホルダ４と検出素子２との間の隙間等を塞ぎ、ホルダ４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８側に侵入するのを遮断する機能を有している。そして、当該構造によって、充填剤１２が充填される部分に対応する空気通過層２７の受圧部分２ｆが圧縮される。
【００５８】
さらに、固体電解質層２４を除いた機能層３０の外面には、保護層３１が形成されており、この保護層３１と絶縁層２３の外面には、拡散層３２が保護層３１や固体電解質層２４を覆うように形成されており、この拡散層３２の外面には、スピネル保護層３３が拡散層３２の外面を含めた領域を覆うように形成されている。
【００５９】
保護層３１は、被測定ガス中の酸素が内面側に透過できない材料、例えば、アルミナ等のセラミック材料より形成されている。そして、この保護層３１は、固体電解質層２４の一部外面および両電極層２５，２６の領域を除いて、例えば検出電極層２６が露出するように形成されている。
【００６０】
拡散層３２は、測定ガス中の有害ガス、ダスト等は内面側に通過できないが、測定ガス中の酸素は通過できる材質、例えば、アルミナと酸化マグネシウムの混合物の多孔質構造体によって形成されている。
【００６１】
スピネル保護層３３は、保護層３１、拡散層３２とともに、機能層３０，ヒータ部２８の外面を覆っており、測定ガス中の酸素を通過できる多孔質構造をしており、保護層３１より粗い多孔質体によって形成されている。
【００６２】
ところで、上述したように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋには、外周部に位置して検出素子２、すなわち、中心に向かって深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置して検出素子２に対して略垂直に延在する受圧平坦面４ｍと、が形成されている。
【００６３】
このように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋの外周側に受圧傾斜面４ｌを形成することで、充填剤１２がワッシャ１３によって押圧された際に、底部４ｋの外周部（受圧傾斜面４ｌ）近傍の充填剤１２を中心部方向、つまり検出素子２に向かう方向に押しやることができるようにしている。
【００６４】
しかしながら、従来のシール部５Ｕのように、ワッシャ１３の充填剤１２を押圧する面が、検出素子２に対して垂直となる平坦面ａとなっている場合、ワッシャ１３を押圧力Ｆで押圧すると、充填剤１２が平坦面ａによって押圧されるため、充填剤１２には検出素子２の軸方向（図６中上下方向）の押圧力が作用する。このように、検出素子２の軸方向のみに押圧力Ｆを作用させた場合、図７に示すように、ワッシャ１３による押圧力が粉充填スペース４ｇの底部４ｋ近傍の充填剤１２まで伝わりにくい。そのため、シール部５Ｕ内に充填された粉末状の充填剤１２は、あまり効率よく流動せず、シール部５Ｕ内に、図６に示すような空洞部Ｈが形成されるおそれがある。
【００６５】
このように、シール部５Ｕ内に空洞部Ｈが形成されると、時間と共にシール部５のシール性が劣化し、排気管１０２内のハイドロカーボンがシール部５Ｕ内に浸入するおそれがある。そして、浸入したハイドロカーボンが、エンジン始動時等に酸素センサ１内部に入り込むことで、センサの精度が低下してしまうという問題があった。
【００６６】
さらに、シール部５Ｕ内に空洞部Ｈが形成されると、排気管１０２内のハイドロカーボンがシール部５Ｕ内に浸入し、空洞部Ｈに吸着されるおそれがある。そして、空洞部Ｈに吸着されて溜まったハイドロカーボンが、エンジン始動時等に酸素センサ１内部に入り込むことで、センサの精度が低下してしまう上、シール部５のシール性が悪化してしまうという問題があった。
【００６７】
また、空洞部Ｈの形成を抑制するために、ワッシャ１３による充填剤１２の押圧力Ｆを高めると、検出素子２への負担が大きくなり、場合によっては検出素子２が破損してしまうおそれがある。
【００６８】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、粉充填スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置されたワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けるようにした。
【００６９】
具体的には、外周から中心に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３の外周部に第１の押圧傾斜面２０１を形成した。また、ワッシャ１３の内周部には面取部２０２を形成し、第１の押圧傾斜面２０１と面取部２０２との間（第１の押圧傾斜面２０１の内周側）に、検出素子２に対して略垂直に延在する第１の押圧平坦面２０３を形成した。そして、加締め部４ｆの加締めによりワッシャ１３を圧縮した際に、第１の押圧傾斜面２０１、面取部２０２および第１の押圧平坦面２０３で充填剤１２を押圧するようにした。
【００７０】
このように、本実施形態では、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａは、受圧傾斜面４ｌと同方向に傾斜する第１の押圧傾斜面２０１と、受圧平坦面４ｍと略平行な第１の押圧平坦面２０３と、面取部２０２と、を有している。
【００７１】
このとき、シール材押圧面１３ａのうち第１の押圧傾斜面２０１が占有する領域を、面取部２０２や第１の押圧平坦面２０３の占有する領域よりも十分に広く設定するのが好適である。こうすれば、シール部５内のより広い領域に、検出素子２の軸方向と交差する方向の押圧力を作用させることができるようになる。
【００７２】
また、図３に示すように、第１の押圧傾斜面２０１の傾き、すなわち、第１の押圧傾斜面２０１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ１とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第１の押圧傾斜面２０１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定するのが好適である。こうすれば、シール部５に作用する押圧力がシール部５の外周側に向きすぎてしまうのを抑制することができる。すなわち、第１の押圧傾斜面２０１によって充填剤１２を受圧傾斜面４１に向けて押圧することができる。そのため、ワッシャ１３による押圧力をより効率的に底部４ｋ近傍の充填剤１２に伝達させることができ、底部４ｋ近傍の充填剤１２を中心部方向へ流動させることができる。
【００７３】
また、ワッシャ１３は、図５に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態では、ワッシャ（押圧部材）１３のシール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けている。このように、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１によって下方かつ外周方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ１を充填剤１２に作用させることができる。そのため、ワッシャ１３による押圧力を粉充填スペース４ｇの底部４ｋ近傍の充填剤１２に伝達させることができる。すなわち、図８に示すように、充填剤１２を平坦面ａによって押圧した場合（図７参照）に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００７５】
ここで、図８では、本実施形態にかかるワッシャ１３と近似した形状のワッシャ（シール材押圧面が第１の押圧傾斜面と第１の押圧平坦面のみを有するワッシャ）を用いて押圧した場合の応力分布図を示している。すなわち、図８には、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００７６】
この図８をみると、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される。
【００７７】
このように、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなるため、ワッシャ１３による充填剤（シール材）１２の圧縮の際に、過大な押圧力Ｆを付加する必要がなくなり、検出素子２の破損を抑制することができるようになる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、押圧傾斜面２０１の傾きを、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定している。そのため、底部４ｋの受圧傾斜面４ｌ近傍の充填剤１２に中心部方向に作用する分力が生じ、底部４ｋの受圧傾斜面４ｌ近傍の充填剤１２をより効率的に中心方向に向けて流動させることができるようになる。
【００７９】
すなわち、押圧傾斜面２０１の傾きを、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定することで、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内の充填剤１２の流動性をより一層高めることができ、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、第１の押圧傾斜面２０１の内周側に、検出素子２に対して略垂直に延在する第１の押圧平坦面２０３を形成している。そのため、受圧平坦面４ｍ近傍の充填剤１２に外周方向に作用する分力が生じてしまうのを抑制することができる。したがって、充填剤１２の中心側の密度が外周側に比べて低下してしまうのを抑制することができ、前述の効果に加えてさらにシール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、検出素子２の破損を抑制しつつシール部５のシール性の向上を図ることができるため、より長期に亘って排気ガス中の特定ガス成分の濃度を高精度に検出できるようになり、ひいては、酸素センサ１の寿命を延ばすことができるようになる。
【００８２】
また、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を形成するだけで、シール部５のシール性を高めることができるため、ワッシャ１３の構成の簡素化を図りつつ、ワッシャ１３を容易に製造することができるようになるという利点もある。
【００８３】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【００８４】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、図９に示すように、第１の押圧傾斜面２１１がシール材押圧面１３ａの全体に亘って形成されている点にある。
【００８５】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１０に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、外周から中心に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの全体に第１の押圧傾斜面２１１を形成している。
【００８６】
そして、本実施形態においても、図１０に示すように、第１の押圧傾斜面２１１の傾き、すなわち、第１の押圧傾斜面２１１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ３とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第１の押圧傾斜面２１１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ３≦θ２）設定している。
【００８７】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００８８】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２１１によって下方かつ外周方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ１を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１１参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８９】
また、第１の押圧傾斜面２１１をシール材押圧面１３ａの全体に亘って形成した場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１１参照）。なお、図１１においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００９０】
このように、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。
【００９１】
（第３実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【００９２】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、粉充填スペース４ｇの底部４ｋの受圧傾斜面４１に対して逆方向に傾斜する第２の押圧傾斜面２２１を形成した点にある。
【００９３】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１２に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、中心から外周に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの内周部に第２の押圧傾斜面２２１を形成している。
【００９４】
また、ワッシャ１３の外周部には面取部２２２が形成され、第２の押圧傾斜面２２１と面取部２２２との間（第２の押圧傾斜面２２１の外周側）に、検出素子２に対して略垂直に延在する押圧平坦面２２３が形成されている。
【００９５】
このとき、第２の押圧傾斜面２２１の傾き、すなわち、第２の押圧傾斜面２２１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ４とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第２の押圧傾斜面２２１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ４≦θ２）設定している。なお、この場合、それぞれの傾斜角度θ２、θ４は絶対値で表してある。
【００９６】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００９７】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２２１によって、下方かつ中心方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ２を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１３参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００９８】
また、シール材押圧面１３ａに第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２２１を設けた場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１３参照）。なお、図１３においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００９９】
このように、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。
【０１００】
（第４実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第３実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【０１０１】
ここで、本実施形態が上記第３実施形態と主に異なる点は、第２の押圧傾斜面２３１がワッシャ１３の外周部に形成された点にある。
【０１０２】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１４に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、中心側から外周側に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの外周部に第２の押圧傾斜面２３１を形成している。また、第２の押圧傾斜面２３１の内周側には、検出素子２に対して略垂直に延在する押圧平坦面２３２が形成されている。
【０１０３】
このとき、第２の押圧傾斜面２３１の傾き、すなわち、第２の押圧傾斜面２３１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ５とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第２の押圧傾斜面２３１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ５≦θ２）設定している。なお、この場合、それぞれの傾斜角度θ２、θ５は絶対値で表してある。
【０１０４】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【０１０５】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２３１によって、下方かつ中心方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ２を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１５参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【０１０６】
また、シール材押圧面１３ａに第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２３１を設けた場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１５参照）。なお、図１５においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【０１０７】
このように、本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
例えば、上記各実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを例示したが、これに限らず、他のガスの成分濃度を検出できるガスセンサにあっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 酸素センサ（ガスセンサ）
２ 検出素子
２ｅ 検出素子の外周面
４ ホルダ
４ａ 検出素子の挿入孔
４ｇ 粉充填スペース（シール材収納スペース）
４ｊ シール材装填口
４ｋ シール材収納スペースの底部
４ｌ 受圧傾斜面
４ｍ 受圧平坦面
１３ ワッシャ（押圧部材）
１３ａ 押圧部材のシール材押圧面
２０１、２１１ 第１の押圧傾斜面（傾斜面）
２０３ 第１の押圧平坦面
２２１、２３１ 第２の押圧傾斜面（傾斜面）
２３２ 第２の押圧平坦面
【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、ガスセンサとして、ガスの検出素子と当該検出素子を嵌挿したホルダとの間に、タルク粉末を充填するスペースを設け、押圧部材によってタルク粉末を押圧して圧縮することで、検出素子の外面とホルダの内周面との間をシール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、スペースの底部に、外周部に位置し、検出素子に向かうにつれて深くなる方向に傾斜した受圧傾斜面と、内周部に位置して検出素子に対して略垂直に延在する受圧平坦面と、が形成されている。
【０００４】
このように、スペースの底部に受圧傾斜面と受圧平坦面とを形成すれば、押圧部材によるタルク粉末の圧縮時にタルク粉末が流動しやすくなり、受圧傾斜面を設けない場合に比べてシール性の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８６６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のガスセンサでは、押圧部材の押圧面が検出素子の軸に対して略垂直に延在する平坦面となっているため、当該平坦面でタルク粉末を押圧すると、検出素子の軸方向の押圧力がタルク粉末に作用することとなる。このように、検出素子の軸方向のみに押圧力を作用させた場合、受圧傾斜面近傍のタルク粉末に押圧部材による押圧力が伝わりにくかった。そのため、スペース内のタルク粉末が効率よく流動せず、検出素子の外面とホルダの内周面との間のシール性が悪化してしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、よりシール性の向上を図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】
【０００８】
本発明は、シール材収納スペースのシール材装填口側に配置され、シール材収納スペース内に充填されたシール材を圧縮することで検出素子の外周とホルダとの間をシールする押圧部材のシール材押圧面に、傾斜面を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、押圧部材のシール材押圧面に傾斜面を設けたため、押圧部材でシール材を圧縮した際に、傾斜面によって検出素子の軸方向と交差する方向への押圧力を作用させることができる。その結果、従来の構造と比べ、押圧部材による押圧力をシール材収納スペースの底部近傍のシール材に伝達させることができるようになる。そのため、シール材収納スペース内に充填された粉末状のシール材をより効率よく流動させることができ、検出素子の外面とホルダの内周面との間のシール性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサを排気管に取り付けられた状態で示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサの断面図（軸方向に沿った断面図）である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態にかかる検出素子の要部を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態にかかる検出素子を示す図であって、（ａ）は、検出素子の側面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態にかかる酸素センサのワッシャを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６は、本発明の比較例として示す従来の酸素センサの要部断面図である。
【図７】図７は、本発明の比較例として示す従来のワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態にかかる酸素センサのワッシャを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態にかかる酸素センサの要部拡大断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４実施形態にかかるワッシャを用いて押圧した際に、充填剤に作用する応力を模式的に示す応力分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。以下の実施形態では、内燃機関を搭載した自動車や２輪車等の車両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。
【００１２】
なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ（ガスセンサ）１は、図１に示すように、エンジン１０１に接続された排気管１０２における触媒１０３とエンジン１０１との間の位置（触媒１０３の上流側）もしくは触媒の下流側に設けられるものである。
【００１４】
また、図２に示すように、本実施形態にかかる酸素センサ１は、外面に段付きの外形略円柱状をなしている。
【００１５】
この酸素センサ１は、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する検出素子２と、検出素子２が挿通されている筒状のホルダ４と、このホルダ４と検出素子２との間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４内に位置決めするシール部５と、を備えている。さらに、酸素センサ１は、検出素子２に接続された端子６と、ホルダ４の軸方向の一端部（上端部）側に配置され、端子６を支持している絶縁体である碍子７と、ホルダ４の軸方向の一端部（上端部）側に配置され、碍子７の外面を覆っているケーシング８と、ホルダ４の他端部（下端部）に固定されるとともにホルダ４より突出し、検出素子２の外面を覆うプロテクタ９と、を備えている。
【００１６】
図２ないし図４に示すように、本実施形態に示す検出素子２は、断面略円柱状をした棒状に形成され、その軸方向の一端部（上端部）には、後述する出力電極２５ａ、およびヒータ電極２２ａを有する接続部２ａが形成され、その軸方向の他端部（下端部）には酸素検知部２ｂが形成されている。詳しくは、検出素子２は、接続部２ａを有する小径円柱部２ｃとこの小径円柱部２ｃの外径Ｄ１よりも略大径に形成された大径円柱部２ｄとを有する段付き円柱状に形成されて小径円柱部２ｃに接続部２ａが形成され、大径円柱部２ｄに酸素検知部２ｂが形成されている。小径円柱部２ｃの先端は、その全周に亘って面取りが施されている。
【００１７】
出力電極２５ａは、検出素子２の外部に対して露出しており、出力電極２５ａと酸素検知部２ｂとは、相互に電気的に接続されている。検出素子２では、酸素検知部２ｂが被測定ガスである排ガスに含まれる特定ガス成分として酸素を検出し、その検出結果として酸素濃度を出力電極２５ａから電気信号で出力するようになっている。
【００１８】
そして、図２および図３に示すように、ホルダ４には、検出素子２が挿入されている素子挿入孔４ａが形成されている。この素子挿入孔４ａに挿入された検出素子２は、その酸素検知部２ｂがホルダ４の軸方向の他方側に露出している一方、接続部２ａがホルダ４の軸方向の一方側に露出している。
【００１９】
ホルダ４は、その上部に上方から見て六角形状を有する六角部４ｂを有し、この六角部４ｂに工具を嵌合してホルダ４に回転トルクを容易に作用させることができるようになっている。ホルダ４の下部の外面には、ネジ部４ｃが形成されている。ホルダ４の六角部４ｂとネジ部４ｃとの間には、ガスケット３５が配置されている。
【００２０】
また、ホルダ４の六角部４ｂの上面には、凸部４ｄが形成されている。凸部４ｄの上面は、碍子７の下端面７ａと当接し碍子７におけるホルダ４側の端部（下端部）を支持する位置決め面４ｈとなっている。この凸部４ｄには、溝部４ｅが形成されている。そして、この溝部４ｅの内周壁が折り曲げられて加締め部４ｆとなっている。このホルダ４は、ステンレス等の金属によって形成されて、導電性を有している。
【００２１】
シール部５は、素子挿入孔４ａの軸方向の一端部に位置する粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇと、この粉充填スペース４ｇの近傍に設けられた加締め部４ｆとを有している。粉充填スペース４ｇは、素子挿入孔４ａの一部がホルダ４の先端側（酸素検知部２ｂ側）からホルダ４の後端側（接続部２ａ側）へ向けて拡径されることで形成されている。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋに、外周部に位置して検出素子２に向かうにつれて深くなる方向に傾斜（図３において内周かつ下方に向けて傾斜）する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置して検出素子２に対して略垂直に延在する受圧平坦面４ｍと、が形成されている。このように、本実施形態では、粉充填スペース４ｇの底部４ｋは、断面逆台形状のすり鉢状に形成されている。
【００２３】
そして、粉充填スペース４ｇには、粉末状の充填剤（シール材）１２がシール材装填口４ｊから充填されるとともに、充填剤１２を押圧するワッシャ（押圧部材）１３が収容されている。すなわち、ワッシャ（押圧部材）１３は、粉充填スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置されている。そして、シール部５は、検出素子２の径方向で、検出素子２の中心へ向かう方向へ全周加締め等の手段を用いて曲げ加工することで加締め変形した加締め部４ｆによってワッシャ１３を圧縮し、この圧縮力で充填剤１２を圧縮状態で充填することによって検出素子２の外面２ｅとホルダ４の内周面４ｉとの間をシールし、且つ、検出素子２をホルダ４に位置決めしている。つまり、充填剤１２は、検出素子２をホルダ４に位置決めし、ワッシャ１３は、充填剤１２を押圧して充填剤１２に検出素子２の位置決めをさせている。
【００２４】
このシール部５による検出素子２の外面２ｅとホルダ４の内周面４ｉとの間のシールによって、ホルダ４の内部に外部の水分等が浸入するのが遮断されるとともに、排気管１０２の内部の排気ガス等がケーシング８の内部に浸入するのが遮断される。
【００２５】
また、本実施形態では、充填剤１２として未焼結のタルクを用い、当該充填剤１２をワッシャ１３により押圧することでシール部５を形成している。なお、タルクの替わりにステアタイト等のセラミック粉を用いることも可能である。
【００２６】
本実施形態における端子６は、検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対応して４つ設けられている。これら４つの端子６は、酸素センサ１の軸心周りに略９０度間隔に配置されている。この端子６は、板素材を折り曲げ加工等することにより形成されており、その一端部には、略板状の接触部６ａが形成されている。端子６の他端部は、ばね性を有する形状に形成されている。具体的には、端子６の他端部には、板ばねである鉤状のばね部６ｂが形成されている。このばね部６ｂは、板素材を折返し加工することによって形成される。
【００２７】
端子６は、ホルダ４の一端部側に配置されている。そして、ホルダ４の軸方向の一方にホルダ４から露出した検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対して、ばね部６ｂがそのばね性を利用して圧接している。
【００２８】
端子６の接触部６ａは、結合部１４を介してハーネス１５の後述する芯線１５ａに接続されている。接触部６ａは、結合部１４に例えばスポット溶接によって固着されている。ここで、結合部１４は、金属材料などの導電性を有する材料によって形成されている。よって、検出素子２の酸素検知部２ｂは、出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）、端子６および結合部１４を介して、ハーネス１５の芯線１５ａと電気的に接続されている。
【００２９】
ハーネス１５は、検出素子２の出力電極２５ａおよび一対のヒータ電極２２ａに対応して３つ設けられている。ハーネス１５は、芯線１５ａとこの芯線１５ａを被覆している被覆材１５ｂとから構成されている。芯線１５ａの端部は被覆材１５ｂから露出しており、この芯線１５ａの露出部分が結合部１４に接続されている。
【００３０】
ケーシング８は、碍子７を覆う筒状に形成されている。このケーシング８の軸方向一端部の内側には、シーリングラバー１６が配置され、このシーリングラバー１６を介してハーネス１５がケーシング８の内部から外部に導き出されている。シーリングラバー１６は、ケーシング８の加締め部８ａによる加締めによって、径方向であってシーリングラバー１６の中心部に向かう方向に縮径された状態でケーシング８に固定されている。この加締めによってシーリングラバー１６とハーネス１５との間、およびシーリングラバー１６とケーシング８との間のシール性（気密性）が確保されている。シーリングラバー１６は、フッ素ゴム等の耐熱性を有する材質から構成されている。
【００３１】
ケーシング８の軸方向の他端部は、ホルダ４に嵌着されるとともに、例えばレーザ溶接等の溶接（例えば、全周溶接）によってホルダ４に固定されている。この溶接によってケーシング８とホルダ４との間のシール性が確保されている。なお、この溶接部分は、図２中に符号１７で示している。ケーシング８の内形は、碍子７の外形よりも十分に大きく形成され、これによってケーシング８と碍子７との間には、空隙部３６が形成されている。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態による碍子７は、外形略円柱状に形成されてホルダ４の位置決め面４ｈに起立状態で配置されている。この碍子７は、絶縁材料からなり、その絶縁材料は、例えばセラミックである。
【００３３】
碍子７の下端面（他端面）７ａには、軸方向一方側に向けて凹む凹部７ｄが形成されている。この凹部７ｄの内周面７ｅに沿って、複数の端子６のばね部６ｂが配置され、これら複数の端子６の間に検出素子２の接続部２ａが嵌合されるようになっている。すなわち、検出素子２と碍子７とが組み付けられた状態では、端子６のばね部６ｂが、碍子７の凹部７ｄの内周面７ｅと検出素子２の接続部２ａの外面との間に形成される空間Ｓに配置され、当該凹部７ｄの内周面７ｅと検出素子２の接続部２ａとに挟持されるようになっている。このように挟持された端子６は、当該挟持によってばね部６ｂに生じる反発力により検出素子２の接続部２ａに圧接し、以て、当該接続部２ａと電気的に接続する。
【００３４】
凹部７ｄの天井部７ｆ（碍子７の上部）には、端子６が貫通挿入される取付孔７ｇが周方向に間隔をもって複数形成されている。本実施形態における端子６は、検出素子２の出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）および一対のヒータ電極２２ａに対応して４つ設けられており、これらの端子６を碍子７の周方向に、例えば等配置した場合には、これらの端子６に挟持される検出素子２を凹部７ｄの略中心に配置しやすくなる。
【００３５】
ここで、碍子７と検出素子２の接続部２ａとの間に形成された空間Ｓは、シール部５、シーリングラバー１６およびケーシング８とホルダ４との溶接部分１７によって略気密性が保持されるが、ハーネス１５における芯線１５ａと被覆材１５ｂとの微小な隙間のみを介して外部と連通しており、かかる連通によって、ケーシング８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。
【００３６】
碍子７におけるホルダ４側とは反対側の端部である上端部７ｈにおいては、その外周面に、周方向が該碍子７の周方向に沿った円環状の段差部７ｂが形成されている。この段差部７ｂには、弾性部材３７が外嵌されている。ここで、この段差部７ｂに対応してケーシング８にも円環状の段差部８ｂが形成されており、碍子７の段差部７ｂとケーシング８の段差部８ｂとによって弾性部材３７が圧縮状態で挟持されている。弾性部材３７は、例えばＣリング状やＯリング状に形成されている。かかる構造は、弾性部材３７の弾性力によって碍子７をホルダ４へ押し付けるとともに、碍子７の振動を抑制している。また、酸素センサ１が外力によって振動した場合、弾性部材３７が弾性変形することで、碍子７の振れが吸収または抑制されるので、酸素センサ１の耐振性を向上させることができる。
【００３７】
プロテクタ９は、有底筒状で、且つ、２重構造に形成されている。プロテクタ９とホルダ４との固定は、例えばレーザ溶接等による全周溶接または部分溶接や全周加締め、部分加締め等によってなされている。図２中には、当該固定が溶接の場合の溶接箇所１９が示されている。
【００３８】
プロテクタ９は、内側プロテクタ９ａおよび外側プロテクタ９ｂを有している。これら内側プロテクタ９ａおよび外側プロテクタ９ｂは、例えば金属材料、セラミック材料等によって形成されている。プロテクタ９の内部には、ホルダ４から下方に突出した検出素子２の酸素検知部２ｂが挿入されている。かかる構造のプロテクタ９は、検出素子２の酸素検知部２ｂを覆うことで、酸素検知部２ｂを排気ガス中の異物等から保護する。
【００３９】
プロテクタ９には、ガス流通用の流通孔９ｃが形成されており、検出ガスは、流通孔９ｃを経由してプロテクタ９の内部に進入して、酸素検知部２ｂに至る。
【００４０】
かかる構成の酸素センサ１は、ホルダ４のネジ部４ｃを排気管１０２のネジ孔１０２ａに螺入することにより排気管１０２に固定され、プロテクタ９で覆われた箇所が排気管１０２内に突出された状態で配置される。酸素センサ１と排気管１０２との間の気密および液密は、ガスケット３５によって保持される。
【００４１】
このような構成の酸素センサ１において、排気管１０２内を流通するガスがプロテクタ９の流通孔９ｃより内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子２の酸素検知部２ｂに入り込む。すると、酸素検知部２ｂがガスの酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度を電気信号に変換する。この電気信号の情報が端子６およびハーネス１５を経て外部に出力される。
【００４２】
次に検出素子２にかかる構成について説明する。
【００４３】
検出素子２は、図４に示すように、絶縁材料であるアルミナ等のセラミック材料により形成される細長い円柱ロッド状の基体２１を有し、この基体２１に接続部２ａを構成する出力電極２５ａや、酸素検知部２ｂが形成されている。検出素子２は、このように基体２１をロッド状に形成することにより、酸素センサ１をよりコンパクトな構成とすることができるとともに、取り付け時の方向やガスの流れ方向等による影響を受けなくすることができる。
【００４４】
基体２１の表面２１ａ上には、ヒータパターン２２が形成されており、このヒータパターン２２は、絶縁層２３によって被覆されている。そして、この基体２１は、ヒータパターン２２および絶縁層２３とともに、ヒータ部２８を構成している。
【００４５】
ヒータパターン２２は、例えばアルミナを混合した白金等の発熱性導体材料からなり、基体２１の表面２１ａに曲面印刷等の手段を用いて形成されている。また、ヒータパターン２２には、基体２１の先端側から基体側に向けて延びる一対のリード部（図示せず）が一体的に連設されている。これらのリード部における基体２１の基端側はヒータ電極２２ａとなっており、これらのヒータ電極２２ａが、図２に示すように端子６に接続されている。そして、ヒータパターン２２は、外部のヒータ電源（図示せず）から各リード部を介して給電されることにより、例えば７２０〜８００℃程度の温度に基体２１を加熱する。
【００４６】
絶縁層２３は、ヒータパターン２２をリード部と一緒に径方向外側から保護するために、例えばアルミナ等のセラミック材料を曲面印刷等の手段で基体２１の外周側に厚膜印刷することにより形成されている。
【００４７】
また、基体２１の表面２１ａ上には、ヒータパターン２２とは別の位置に機能層３０および当該機能層３０の外面を覆う保護層３１等が曲面印刷等の手段を用いて積層化するように形成されている。本実施形態では、この機能層３０および保護層３１は、ヒータパターン２２に対して基体２１の表面２１ａ上における径方向の対向位置に設けられている。
【００４８】
機能層３０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層２４と、この固体電解質層２４の基体２１側に位置する参照電極層２５と、この参照電極層２５に対して固体電解質層２４の反対側に位置する検出電極層２６と、固体電解質層２４の基体２１側に位置し、固体電解質層２４に向けて基準ガスである外気（大気）を導く空気通過層２７を含んで構成されている。
【００４９】
固体電解質層２４は、例えばジルコニアの粉体中に所定重量％のイットリアの粉体を混合させてペースト状物により形成される。そして、固体電解質層２４は、参照電極層２５と検出電極層２６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。
【００５０】
これにより、固体電解質層２４と一対の電極層である参照電極層２５および検出電極層２６とによって、酸素濃度を電気信号として取り出す酸素測定部２９を形成する。
【００５１】
また、固体電解質層２４の一部は、空気通過層２７に接している。すなわち、空気通過層２７は、少なくとも基体２１と固体電解質層２４との界面に形成されている。
【００５２】
参照電極層２５および検出電極層２６は、それぞれ白金等からなる導電性で、かつ酸素が通過できる材料により形成されている。そして、参照電極層２５および検出電極層２６にはそれぞれリード部（図示せず）が一体的に延設されており、これらのリード部を用いて参照電極層２５と検出電極層２６との間に現れた出力電圧を検出できるようになっている。詳しくは、これらリード部における参照電極層２５および検出電極層２６側とは反対側の端部が、電極部としての出力電極２５ａ、アース電極（図示せず）となっている。アース電極および出力電極２５ａは、基体２１の軸方向の一端側に保護層３１よりも延出して外部に露出している（図示せず）。即ち、アース電極および出力電極２５ａは、検出素子２の外周に設けられている。
【００５３】
空気通過層２７は、例えばアルミナの粉体（所定重量％のジルコニアの粉体を混合してもよい）からなるペースト状物を曲面印刷等の手段を用いて基体２１の表面２１ａの外周側に厚膜印刷することにより環状に形成されている。
【００５４】
そして、空気通過層２７は、連続気泡からなる空孔を有した多孔質構造に形成され、検出素子２の周囲を流れる被測定ガスの一部を、空気通過層２７における検出素子２の軸方向の一端側（図２中上側）の端面から当該軸方向へと空気通過層２７の内部に拡散させつつ、この被測定ガスを参照電極層２５に向けて透過させる機能を有している。
【００５５】
また、本実施形態では、空気通過層２７の固体電解質層２４と対向する領域は、固体電解質層２４の面積よりも小さく形成されて、絶縁性材料（例えばアルミナ）と固体電解質（例えばジルコニア）とのセラミック混合体により形成されることで、固体電解質層２４の焼結時において固体電解質層２４と基体２１との間の応力差を緩和する機能も備えている。
【００５６】
また、空気通過層２７の固体電解質層２４と対向する領域を、参照電極層２５の領域よりも大きい面積で構成することで、拡散された被測定ガスを参照電極層２５へ良好に透過させることができるようにしている。
【００５７】
また、空気通過層２７は、充填剤１２によって圧縮される。詳しくは、粉充填スペース４ｇがホルダ４の素子挿入孔４ａの全外周に配置されており、ワッシャ１３を加締め部４ｆによって検出素子２の径方向内側へ向けて全周加締め等の手段を用いて曲げ加工することで、充填剤１２が加圧状態で充填され、検出素子２をホルダ４に位置決めすることができる。この加圧状態で充填された充填剤１２は、ホルダ４と検出素子２との間の隙間等を塞ぎ、ホルダ４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８側に侵入するのを遮断する機能を有している。そして、当該構造によって、充填剤１２が充填される部分に対応する空気通過層２７の受圧部分２ｆが圧縮される。
【００５８】
さらに、固体電解質層２４を除いた機能層３０の外面には、保護層３１が形成されており、この保護層３１と絶縁層２３の外面には、拡散層３２が保護層３１や固体電解質層２４を覆うように形成されており、この拡散層３２の外面には、スピネル保護層３３が拡散層３２の外面を含めた領域を覆うように形成されている。
【００５９】
保護層３１は、被測定ガス中の酸素が内面側に透過できない材料、例えば、アルミナ等のセラミック材料より形成されている。そして、この保護層３１は、固体電解質層２４の一部外面および両電極層２５，２６の領域を除いて、例えば検出電極層２６が露出するように形成されている。
【００６０】
拡散層３２は、測定ガス中の有害ガス、ダスト等は内面側に通過できないが、測定ガス中の酸素は通過できる材質、例えば、アルミナと酸化マグネシウムの混合物の多孔質構造体によって形成されている。
【００６１】
スピネル保護層３３は、保護層３１、拡散層３２とともに、機能層３０，ヒータ部２８の外面を覆っており、測定ガス中の酸素を通過できる多孔質構造をしており、保護層３１より粗い多孔質体によって形成されている。
【００６２】
ところで、上述したように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋには、外周部に位置して検出素子２、すなわち、中心に向かって深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面４ｌと、内周部に位置して検出素子２に対して略垂直に延在する受圧平坦面４ｍと、が形成されている。
【００６３】
このように、粉充填スペース４ｇの底部４ｋの外周側に受圧傾斜面４ｌを形成することで、充填剤１２がワッシャ１３によって押圧された際に、底部４ｋの外周部（受圧傾斜面４ｌ）近傍の充填剤１２を中心部方向、つまり検出素子２に向かう方向に押しやることができるようにしている。
【００６４】
しかしながら、従来のシール部５Ｕのように、ワッシャ１３の充填剤１２を押圧する面が、検出素子２に対して垂直となる平坦面ａとなっている場合、ワッシャ１３を押圧力Ｆで押圧すると、充填剤１２が平坦面ａによって押圧されるため、充填剤１２には検出素子２の軸方向（図６中上下方向）の押圧力が作用する。このように、検出素子２の軸方向のみに押圧力Ｆを作用させた場合、図７に示すように、ワッシャ１３による押圧力が粉充填スペース４ｇの底部４ｋ近傍の充填剤１２まで伝わりにくい。そのため、シール部５Ｕ内に充填された粉末状の充填剤１２は、あまり効率よく流動せず、シール部５Ｕ内に、図６に示すような空洞部Ｈが形成されるおそれがある。
【００６５】
このように、シール部５Ｕ内に空洞部Ｈが形成されると、時間と共にシール部５のシール性が劣化し、排気管１０２内のハイドロカーボンがシール部５Ｕ内に浸入するおそれがある。そして、浸入したハイドロカーボンが、エンジン始動時等に酸素センサ１内部に入り込むことで、センサの精度が低下してしまうという問題があった。
【００６６】
さらに、シール部５Ｕ内に空洞部Ｈが形成されると、排気管１０２内のハイドロカーボンがシール部５Ｕ内に浸入し、空洞部Ｈに吸着されるおそれがある。そして、空洞部Ｈに吸着されて溜まったハイドロカーボンが、エンジン始動時等に酸素センサ１内部に入り込むことで、センサの精度が低下してしまう上、シール部５のシール性が悪化してしまうという問題があった。
【００６７】
また、空洞部Ｈの形成を抑制するために、ワッシャ１３による充填剤１２の押圧力Ｆを高めると、検出素子２への負担が大きくなり、場合によっては検出素子２が破損してしまうおそれがある。
【００６８】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、粉充填スペース４ｇのシール材装填口４ｊ側に配置されたワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けるようにした。
【００６９】
具体的には、外周から中心に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３の外周部に第１の押圧傾斜面２０１を形成した。また、ワッシャ１３の内周部には面取部２０２を形成し、第１の押圧傾斜面２０１と面取部２０２との間（第１の押圧傾斜面２０１の内周側）に、検出素子２に対して略垂直に延在する第１の押圧平坦面２０３を形成した。そして、加締め部４ｆの加締めによりワッシャ１３を圧縮した際に、第１の押圧傾斜面２０１、面取部２０２および第１の押圧平坦面２０３で充填剤１２を押圧するようにした。
【００７０】
このように、本実施形態では、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａは、受圧傾斜面４ｌと同方向に傾斜する第１の押圧傾斜面２０１と、受圧平坦面４ｍと略平行な第１の押圧平坦面２０３と、面取部２０２と、を有している。
【００７１】
このとき、シール材押圧面１３ａのうち第１の押圧傾斜面２０１が占有する領域を、面取部２０２や第１の押圧平坦面２０３の占有する領域よりも十分に広く設定するのが好適である。こうすれば、シール部５内のより広い領域に、検出素子２の軸方向と交差する方向の押圧力を作用させることができるようになる。
【００７２】
また、図３に示すように、第１の押圧傾斜面２０１の傾き、すなわち、第１の押圧傾斜面２０１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ１とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第１の押圧傾斜面２０１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定するのが好適である。こうすれば、シール部５に作用する押圧力がシール部５の外周側に向きすぎてしまうのを抑制することができる。すなわち、第１の押圧傾斜面２０１によって充填剤１２を受圧傾斜面４１に向けて押圧することができる。そのため、ワッシャ１３による押圧力をより効率的に底部４ｋ近傍の充填剤１２に伝達させることができ、底部４ｋ近傍の充填剤１２を中心部方向へ流動させることができる。
【００７３】
また、ワッシャ１３は、図５に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態では、ワッシャ（押圧部材）１３のシール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けている。このように、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１によって下方かつ外周方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ１を充填剤１２に作用させることができる。そのため、ワッシャ１３による押圧力を粉充填スペース４ｇの底部４ｋ近傍の充填剤１２に伝達させることができる。すなわち、図８に示すように、充填剤１２を平坦面ａによって押圧した場合（図７参照）に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００７５】
ここで、図８では、本実施形態にかかるワッシャ１３と近似した形状のワッシャ（シール材押圧面が第１の押圧傾斜面と第１の押圧平坦面のみを有するワッシャ）を用いて押圧した場合の応力分布図を示している。すなわち、図８には、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００７６】
この図８をみると、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される。
【００７７】
このように、シール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を設けることで、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなるため、ワッシャ１３による充填剤（シール材）１２の圧縮の際に、過大な押圧力Ｆを付加する必要がなくなり、検出素子２の破損を抑制することができるようになる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、押圧傾斜面２０１の傾きを、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定している。そのため、底部４ｋの受圧傾斜面４ｌ近傍の充填剤１２に中心部方向に作用する分力が生じ、底部４ｋの受圧傾斜面４ｌ近傍の充填剤１２をより効率的に中心方向に向けて流動させることができるようになる。
【００７９】
すなわち、押圧傾斜面２０１の傾きを、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ１≦θ２）設定することで、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内の充填剤１２の流動性をより一層高めることができ、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、第１の押圧傾斜面２０１の内周側に、検出素子２に対して略垂直に延在する第１の押圧平坦面２０３を形成している。そのため、受圧平坦面４ｍ近傍の充填剤１２に外周方向に作用する分力が生じてしまうのを抑制することができる。したがって、充填剤１２の中心側の密度が外周側に比べて低下してしまうのを抑制することができ、前述の効果に加えてさらにシール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、検出素子２の破損を抑制しつつシール部５のシール性の向上を図ることができるため、より長期に亘って排気ガス中の特定ガス成分の濃度を高精度に検出できるようになり、ひいては、酸素センサ１の寿命を延ばすことができるようになる。
【００８２】
また、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２０１を形成するだけで、シール部５のシール性を高めることができるため、ワッシャ１３の構成の簡素化を図りつつ、ワッシャ１３を容易に製造することができるようになるという利点もある。
【００８３】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【００８４】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、図９に示すように、第１の押圧傾斜面２１１がシール材押圧面１３ａの全体に亘って形成されている点にある。
【００８５】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１０に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、外周から中心に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの全体に第１の押圧傾斜面２１１を形成している。
【００８６】
そして、本実施形態においても、図１０に示すように、第１の押圧傾斜面２１１の傾き、すなわち、第１の押圧傾斜面２１１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ３とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第１の押圧傾斜面２１１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ３≦θ２）設定している。
【００８７】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００８８】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第１の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２１１によって下方かつ外周方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ１を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１１参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００８９】
また、第１の押圧傾斜面２１１をシール材押圧面１３ａの全体に亘って形成した場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１１参照）。なお、図１１においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００９０】
このように、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。
【００９１】
（第３実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第１実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【００９２】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、粉充填スペース４ｇの底部４ｋの受圧傾斜面４１に対して逆方向に傾斜する第２の押圧傾斜面２２１を形成した点にある。
【００９３】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１２に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、中心から外周に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの内周部に第２の押圧傾斜面２２１を形成している。
【００９４】
また、ワッシャ１３の外周部には面取部２２２が形成され、第２の押圧傾斜面２２１と面取部２２２との間（第２の押圧傾斜面２２１の外周側）に、検出素子２に対して略垂直に延在する押圧平坦面２２３が形成されている。
【００９５】
このとき、第２の押圧傾斜面２２１の傾き、すなわち、第２の押圧傾斜面２２１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ４とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第２の押圧傾斜面２２１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ４≦θ２）設定している。なお、この場合、それぞれの傾斜角度θ２、θ４は絶対値で表してある。
【００９６】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００９７】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２２１によって、下方かつ中心方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ２を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１３参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【００９８】
また、シール材押圧面１３ａに第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２２１を設けた場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１３参照）。なお、図１３においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【００９９】
このように、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。
【０１００】
（第４実施形態）
本実施形態にかかる酸素センサ１は、基本的に上記第３実施形態の構成とほぼ同様であり、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａに、傾斜面が形成されている。
【０１０１】
ここで、本実施形態が上記第３実施形態と主に異なる点は、第２の押圧傾斜面２３１がワッシャ１３の外周部に形成された点にある。
【０１０２】
すなわち、本実施形態にかかるワッシャ１３は、図１４に示すように、中心部に検出素子２を挿通する中央開口部１３ｂを有するリング状に形成されている。そして、中心側から外周側に向かうにつれて厚さが増すようにワッシャ１３を形成することで、ワッシャ１３のシール材押圧面１３ａの外周部に第２の押圧傾斜面２３１を形成している。また、第２の押圧傾斜面２３１の内周側には、検出素子２に対して略垂直に延在する押圧平坦面２３２が形成されている。
【０１０３】
このとき、第２の押圧傾斜面２３１の傾き、すなわち、第２の押圧傾斜面２３１の検出素子２の軸に垂直な垂直面に対する傾斜角度をθ５とし、受圧傾斜面４１の傾き、すなわち、垂直面に対する底部４ｋの受圧傾斜面４ｌの傾斜角度をθ２とした場合、第２の押圧傾斜面２３１の傾きが、受圧傾斜面４１の傾き以下となるように（θ５≦θ２）設定している。なお、この場合、それぞれの傾斜角度θ２、θ５は絶対値で表してある。
【０１０４】
また、ワッシャ１３の加締め部４ｆによる加締め力が入力される一端１３ｃ側の内周部および外周部には、それぞれ面取部１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【０１０５】
かかる構成とすることで、粉末状の充填剤（シール材）１２をワッシャ１３により押圧力Ｆで圧縮した際に、第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２３１によって、下方かつ中心方向（検出素子２の軸方向と交差する方向）への押圧力Ｆ２を充填剤１２に作用させることができる。したがって、充填剤１２を図６に示す平坦面ａによって押圧した場合に比べ、底部４ｋ近傍の充填剤１２にかかる応力を大きくすることができる（図１５参照）。その結果、粉充填スペース（シール材収納スペース）４ｇ内に充填された粉末状の充填剤１２をより効率よく流動させることができるようになるため、シール部５内に空洞部が形成されてしまうのが抑制され、以て、シール部５のシール性をより一層高めることができるようになる。
【０１０６】
また、シール材押圧面１３ａに第２の押圧傾斜面（押圧傾斜面）２３１を設けた場合にあっても、上記第１実施形態と同様に、従来のように傾斜面を設けない場合（図７参照）に比べ、シール部５内の充填剤１２に生じる応力が全体的に大きくなることが理解される（図１５参照）。なお、図１５においても、本実施形態にかかるワッシャ１３で押圧した場合の応力分布と近似した応力分布が示されている。
【０１０７】
このように、本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
例えば、上記各実施形態では、ガスセンサとして酸素センサを例示したが、これに限らず、他のガスの成分濃度を検出できるガスセンサにあっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 酸素センサ（ガスセンサ）
２ 検出素子
２ｅ 検出素子の外周面
４ ホルダ
４ａ 検出素子の挿入孔
４ｇ 粉充填スペース（シール材収納スペース）
４ｊ シール材装填口
４ｋ シール材収納スペースの底部
４ｌ 受圧傾斜面
４ｍ 受圧平坦面
１３ ワッシャ（押圧部材）
１３ａ 押圧部材のシール材押圧面
２０１、２１１ 第１の押圧傾斜面（傾斜面）
２０３ 第１の押圧平坦面
２２１、２３１ 第２の押圧傾斜面（傾斜面）
２３２ 第２の押圧平坦面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス成分を検出する検出素子と、
前記検出素子を嵌挿する挿入孔を有するホルダと、
前記挿入孔の内周に設けられたシール材収納スペース内に充填される粉末状のシール材と、
前記シール材収納スペースのシール材装填口側に配置され、前記シール材を圧縮して前記検出素子の外周と前記ホルダとの間をシールする押圧部材と、を備え、
前記シール材収納スペースの底部には、外周部に位置し、前記検出素子に向かうにつれて深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面と、内周部に位置し、前記検出素子に対して略垂直となる受圧平坦面と、が形成されており、
前記押圧部材のシール材押圧面に傾斜面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】
前記傾斜面は、前記受圧傾斜面と同方向に傾斜する第１の押圧傾斜面を備えてい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】
前記シール材押圧面は、前記受圧平坦面と略平行な第１の押圧平坦面を有す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】
前記傾斜面は、前記受圧傾斜面に対して逆方向に傾斜する第２の押圧傾斜面を備えてい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５】
前記シール材押圧面は、前記受圧平坦面と略平行な第２の押圧平坦面を有することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項１】
ガス成分を検出する検出素子と、
前記検出素子を嵌挿する挿入孔を有するホルダと、
前記挿入孔の内周に設けられたシール材収納スペース内に充填される粉末状のシール材と、
前記シール材収納スペースのシール材装填口側に配置され、前記シール材を圧縮して前記検出素子の外周と前記ホルダとの間をシールする押圧部材と、を備え、
前記シール材収納スペースの底部には、外周部に位置し、前記検出素子に向かうにつれて深くなる方向に傾斜する受圧傾斜面と、内周部に位置し、前記検出素子に対して略垂直となる受圧平坦面と、が形成されており、
前記押圧部材のシール材押圧面に傾斜面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】
前記傾斜面は、前記受圧傾斜面と同方向に傾斜する第１の押圧傾斜面を備えてい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】
前記シール材押圧面は、前記受圧平坦面と略平行な第１の押圧平坦面を有す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】
前記傾斜面は、前記受圧傾斜面に対して逆方向に傾斜する第２の押圧傾斜面を備えてい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５】
前記シール材押圧面は、前記受圧平坦面と略平行な第２の押圧平坦面を有することを特徴とする請求項４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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【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】
【公開番号】特開２０１１−１９１２６８（Ｐ２０１１−１９１２６８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５９６６７（Ｐ２０１０−５９６６７）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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