JP2006090842A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ホルダの挿通孔の内周面と、センサ素子の板面との間にできる隙間を小さくすることで、センサ内の気密性を確保できるガスセンサを提供する。
【解決手段】 ガスセンサ１では、ホルダ２１およびスリーブ３０に設けられた挿通孔２２および挿通孔３１において、各挿通孔の内周面と、センサ素子１０の板面との間にできる隙間の大きさをともに０．７ｍｍ以下と限定した。そして、これらの隙間をともに限定することで、排気ガスがその隙間に侵入することを抑制でき、さらに排気ガスがその隙間からガスセンサ１内に侵入するのを抑制できる。よって、ガスセンサ１内の気密性を確保することができる。また、ガスセンサ１に振動が与えられても、ホルダ２１とスリーブ３０との間に充填された滑石粉末２３が、それら隙間から外部に漏れることを抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ素子を内蔵したガスセンサに関するものである。

従来、自動車などから発生する排気ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このようなガスセンサは、板体の長手方向の一端部に排気ガス中の特定ガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の検知部を露出する形態で、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む略筒状の主体金具を備えている。このセンサ素子は、一対の電極で挟まれた固体電解質からなる層を少なくとも一層以上備えた長板状の素子として構成され、さらに、そのセンサ素子には、センサ素子を加熱して活性化する板状のヒータが積層されたものが一般的に知られている。そして、略筒状の主体金具に板体のセンサ素子を保持するために、主体金具の内側にて保持されるホルダ、充填粉末、スリーブがセンサ素子の検知側（以後、先端側という。）から順に備えられている。

このうち、ホルダおよびスリーブは、セラミックで形成され、外観が略円筒状を呈している。さらに、そのホルダおよびスリーブには、センサ素子の長手方向に直交する断面形状に沿った略長方形状の挿通孔が中心軸に沿って各々設けられている。よって、センサ素子はこれら各挿通孔に挿通して保持される。なお、センサ素子は、製造上、その長手方向において僅かな反りを生じることがあるため、センサ素子をホルダおよびスリーブの挿通孔内に配置した際、ホルダおよびスリーブの各挿通孔の内周面と、センサ素子の板面との間に若干の隙間を設け、その隙間によってセンサ素子の反りを吸収している。そして、主体金具の後端側がスリーブ側に加締められ、充填粉末がスリーブ側からホルダ側に向かって加圧されることにより、主体金具の内側が密閉され、ガスセンサ内の気密性が保持される。

しかし、上記のようなガスセンサは、実際には自動車の排気管に固定されるため、排気管から伝熱される熱を受けて主体金具が膨張し、主体金具とホルダとの間に隙間を生じることがあった。そして、その隙間が生じたガスセンサに振動が加えられると、加圧充填された充填粉末が、この隙間を介して主体金具の先端側に徐々に漏れることがあった。そこで、例えば、ホルダのタルク粉末（充填粉末）に対向する端面におけるセンサ素子近傍部分を、主体金具近傍の部分よりもスリーブ側に向けて突出させることにより、タルク粉末が加圧される際に、その突出する部分からの応力を受けて、ホルダと主体金具との境界付近のタルク粉末を固くすることができるガスセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−７１６２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサでは、主体金具とホルダとの間の隙間は密閉されても、ホルダの挿通孔の内周面と、センサ素子の板面との間には、上記したように、センサ素子の反りを吸収するための隙間が設けられており、その隙間を軸方向に垂直に切断したときの面積が相対的に大きくなると、排気ガスがその隙間に侵入しやすくなり、さらには、ホルダの挿通孔の隙間からガスセンサ内に排気ガスが侵入しやすくなり、ガスセンサ内の気密性が低下するという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ホルダの挿通孔の内周面と、センサ素子の板面との間にできる隙間を小さくすることで、センサ内の気密性を確保できるガスセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサによれば、板体の長手方向の一端部にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の検知部を露出する形態で、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む略筒状の主体金具と、当該主体金具の内側にて保持され、前記センサ素子が挿通される第１の軸孔を有するホルダとを備えたガスセンサであって、前記センサ素子の板面に直交するように前記センサ素子の長手方向に切断したとき、前記センサ素子の板面と前記第１の軸孔の内周面との前記センサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。

また、請求項２に係る発明のガスセンサによれば、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ホルダに対して前記検知部とは反対側に配置されると共に、前記主体金具の内側にて保持され、前記センサ素子が挿通される第２の軸孔を有するスリーブを備え、前記センサ素子の板面に直交するように前記センサ素子の長手方向に切断したとき、前記センサ素子の板面と前記第２の軸孔の内周面との前記センサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサによれば、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記主体金具の内側において、前記ホルダと前記スリーブとに挟まれる隙間には、充填粉末が配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサによれば、センサ素子の板面に直交するようにセンサ素子の長手方向に切断したとき、センサ素子の板面と第１の軸孔の内周面とのセンサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下に調整されている。これにより、第１の軸孔の内周面とセンサ素子の板面との間にできる隙間の軸方向に垂直に切断したときの面積が相対的に小さくなる。したがって、排気ガスがその隙間に侵入するのを抑制でき、その隙間から排気ガスがセンサ内に侵入するのを抑制できるため、センサ内の気密性が確保されるガスセンサを得ることができる。

ところで、上記に示したように、センサ素子の反りを吸収するための隙間は、ホルダの挿通孔の内周面とセンサ素子の外周面との間に設けられているだけでなく、スリーブの内周面とセンサ素子の外周面との間にも設けられている。このとき、このスリーブの挿通孔の内周面とセンサ素子の外周面との間にできる隙間の軸方向に垂直に切断したときの面積が相対的に大きくなると、主体金具内に流入してきた排気ガスがこの隙間に侵入しやすくなり、更には、その隙間からセンサ内に侵入しやすくなることで、センサの気密性が低下することがある。

そこで、請求項２に係る発明のガスセンサによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、センサ素子の板面に直交するようにセンサ素子の長手方向に切断したとき、センサ素子の板面と第２の軸孔の内周面とのセンサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下に調整されている。これにより、第２の軸孔の内周面とセンサ素子の板面との間にできる隙間の軸方向に垂直に切断したときの面積についても相対的に小さくなる。したがって、主体金具内に排気ガスが流入しても、その隙間に排気ガスが侵入するのを防止できるので、センサ内の気密性がさらに確保され、より信頼性の高いガスセンサを提供することができる。

ところで、ホルダとスリーブとの間には、上述したように、充填粉末が配置され、主体金具の後端側がスリーブ側に加締められることで、充填粉末がスリーブ側からホルダ側に向かって加圧されることにより、ガスセンサ内の気密性が確保されることがある。しかし、このようなガスセンサが使用に供されると、このガスセンサに振動が与えられることがある。これにより、ガスセンサ内部に配置した充填粉末がホルダまたはスリーブの各挿通孔の内周面とガスセンサ素子の板面との間にできる隙間から外部に漏れることがあり、ガスセンサの気密性が低下することがある。そこで、本発明のように、ホルダまたはスリーブとガスセンサ素子との間にできる隙間の距離の総和をそれぞれ０．７ｍｍ以下とすることで、ガスセンサに振動が与えられたとしても、充填粉末が隙間から外部に漏れることを抑制でき、ガスセンサの気密性を確保することができる。なお、充填粉末としては、滑石が挙げられる。

なお、センサ素子とホルダまたはスリーブとの軸が略同一になっていることが好ましい。ホルダまたはスリーブとガスセンサ素子との間にできる隙間の距離の総和をそれぞれ０．７ｍｍ以下となることで、充填粉末が隙間から外部に漏れることを抑制できるが、センサ素子とホルダまたはスリーブとの軸が略同一となることで、センサ素子の一方の板面とホルダまたはスリーブの内周面との隙間とセンサ素子の他方の板面（一方の板面とは反対側）とホルダまたはスリーブの内周面との隙間との距離が略同一となり、更に、充填粉末が隙間から漏れることを抑制できる。

以下、本発明の一実施の形態であるガスセンサ１について、図面を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の要部破断断面図であり、図２は、センサ素子１０の分解斜視図であり、図３は、ホルダ２１の挿通孔２２にセンサ素子１０が内挿した状態を示した斜視図であり、図４は、図３に示すＧ−Ｇ線矢視方向断面図であり、図５は、図３に示すＨ−Ｈ線矢視方向断面図であり、図６は、スリーブ３０の斜視図であり、図７は、スリーブ３０の挿通孔３１にセンサ素子１０が内挿した状態を示す斜視図であり、図８は、図７に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図であり、図９は、図７に示すＪ−Ｊ線矢視方向断面図である。また、以下の説明において、各部材がガスセンサ１に組み込まれた際に、ガスセンサ１の軸方向（図１に示す紙面上下方向）においてセンサ素子１０の検知部１１側となる方向を先端側、その反対側の方向を後端側とする。

なお、本実施形態のガスセンサ１は、自動車の排気管に装着されて使用に供され、排気管内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。図１に示すように、ガスセンサ１は、排気管（図示外）に固定するためのネジ部２４が形成された略筒状の主体金具２と、当該主体金具２の内側に内挿され、排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素など）の濃度を検知するセンサ素子１０と、当該センサ素子１０を主体金具２の内側に保持するために、主体金具２の筒内下方から順に積層されるホルダ２１、滑石粉末２３およびスリーブ３０と、当該スリーブ３０の後端側に設けられ、センサ素子１０と外部の回路とを電気的に接続するための４本のリード線６８から延設された接続端子６９を内挿し、センサ素子１０の後端側を自身の内部に挿入することで、接続端子６９と電気的に接続するアルミナ製のセパレータ５０と、当該セパレータ５０を取り囲んで保護する略円筒状のステンレスからなる保護カバー７０と、当該保護カバー７０の後端部に嵌入され、保護カバー７０の後端部の加締めによって固定されたフッ素ゴム製の栓部材７１とを主体にして構成されている。

そして、ガスセンサ１の先端側（図中下側）では、センサ素子１０の検知部１１が主体金具２の先端部より露出される。さらに、その主体金具２の先端部には、この検知部１１を覆って保護する有底円筒状の内側プロテクタ３と、その内側プロテクタ３を覆う外側プロテクタ４とがそれぞれ、レーザ溶接により固定されている。そして、センサ素子１０の検知部１１が、ガスセンサ１周囲の雰囲気中に曝されるように、内側プロテクタ３と外側プロテクタ４とには、それぞれ複数の連通孔５，６が開口されている。

次に、センサ素子１０について説明する。図２に示すように、板状のセンサ素子１０は、自身の先端部（検知部１１）を主体金具２の先端から突出させて露出させた状態で主体金具２の内側に保持されている。

本実施の形態のセンサ素子１０は、図１に示すように、酸素濃淡電池素子１２と、この酸素濃淡電池素子１２に積層された基体１４とを備える。酸素濃淡電池素子１２は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニアの検出層１１１を備える。また、検出層１１１の基体１４に向かう面に、基準電極１３２が直接に接触するように配置され、検出層１１１の基体１４とは反対側の面に、検知電極１３１が直接に接触するように配置される。この検知電極１３１には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３３が、また、基準電極１３２には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３４が、それぞれ延設されている。

導体リード部１３３の端末は、外部回路接続用の接続端子６９（図１参照）に接続される。また、導体リード部１３４の端末は、検出層１１１を貫通するスルーホール１１５を介して、接続端子６９に接続されるための信号取り出し用端子１１４と接続される。なお、検知電極１３１、基準電極１３２、導体リード部１３３、導体リード部１３４及び信号取り出し用端子１１４は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができる。

検出層１１１の表面には、検知電極１３１を挟み込むようにして、検知電極１３１自身を被毒から防御するための多孔質状の電極保護層１５５が形成されている。また、接続端子６９と接続される部分を除いて、導体リード部１３３を挟み込むようにして、検出層１１１を保護するための絶縁層５２が形成される。

一方、基体１４は、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄ等から形成される発熱抵抗体１２１を備える。この発熱抵抗体１２１は、絶縁性の良好な例えばアルミナを主体として形成される第１基層１２２と第２基層１２３とに挟持される。この発熱抵抗体１２１は、発熱面積をできるだけ多くして、検知電極１３１と基準電極１３２が検出層１１１を介して対向配置してなる部分（いわゆる検知部）を集中的に加熱することができるように、例えば蛇行状又はジグザグ状等に形成される発熱部２１２と、この発熱部２１２の端部からさらにこの基体１４も長手方向に沿って延在する一対のリード部２１３とを有する。そして、この一対のリード部２１３の、前記発熱部２１２とは反対側には、端部２１１を有する。この端部２１１は、外部回路接続用の接続端子６９と接続される一対のヒータ通電端子２３２と、第２基層１２３を貫通する２つのスルーホール２３１を介して電気的に接続されている。

さらに、図１に示すように、センサ素子１０の先端側のうち少なくとも排気ガスに晒される電極（検知電極）の表面上には、耐被毒防止用の多孔質セラミックからなる電極保護層１９が形成されている。

次に、ホルダ２１について説明する。図１および図３に示すように、ホルダ２１は略円筒状に形成され、その内側には、センサ素子１０を内挿するための挿通孔２２が設けられている。そして、図３に示すように、挿通孔２２の中心軸に直交する方向の断面は、センサ素子１０の断面形状に沿った略長方形状に形成されている。さらに、挿通孔２２の内周面と、センサ素子１０の板面との間には隙間Ａが形成されている。この隙間Ａは、センサ素子１０が、ホルダ２１およびスリーブ３０によって保持されたときに、センサ素子１０の長手方向における製造上生じる僅かな反りを吸収するためのものである。そして、その隙間Ａの大きさは、以下の条件の下に限定されている。

図４に示すように、センサ素子１０を内挿するホルダ２１を、センサ素子１０の板面に直交するように、センサ素子１０の長手方向に切断したとき、センサ素子１０の厚さ方向（図４の左右方向）における隙間Ａの総和の距離を距離Ｂとする。この距離Ｂは、センサ素子１０の厚さ方向の一方の板面１４ａと、挿通孔２２の内周面２２ａとの距離をＢ１とし、センサ素子１０の厚さ方向の一方の板面１４ａとは反対側の板面１２ａと、挿通孔２２の内周面２２ｂとの距離をＢ２としたときに、距離Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２として定義する。一方、図５に示すように、センサ素子１０の幅方向（図５の左右方向）における隙間Ａの総和の距離を距離Ｃとする。この距離Ｃは、センサ素子１０の幅方向の一方の板面１０ａと、挿通孔２２の内周面２２ｃとの距離をＣ１とし、センサ素子１０の幅方向の一方の板面１０ａとは反対側の板面１０ｂと、挿通孔２２の内周面２２ｄとの距離をＣ２としたときに、距離Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２として定義する。そして、本実施形態では、距離Ｂおよび距離Ｃは、０．７ｍｍ以下に各々限定される。なお、距離Ｂおよび距離Ｃを限定した理由およびその効果については後述する。

なお、図４に示すＢ１、Ｂ２、又は図５に示すＣ１、Ｃ２が、「センサ素子の板面に直交するようにセンサ素子の長手方向に切断したとき、センサ素子の板面と第１の軸孔の内周面とのセンサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離」に相当し、図４に示す距離Ｂ及び図５に示す距離Ｃが、「総和」に相当する。また、図３に示す挿通孔２２が、「第１の軸孔」に相当する。

そして、図１に示すように、このようなホルダ２１は、挿通孔２２にセンサ素子１０を内挿した状態で、略筒状の金属製ホルダ２０の内側に内挿されている。さらに、センサ素子１０およびホルダ２１を保持する金属製ホルダ２０が、主体金具２の後端側から挿入されている。また、主体金具２の先端側の内側には、その内径が先端に向かって細くなった段部９が形成されている。そして、その段部９に対して、金属製ホルダ２０の軸線方向一端部が係合することにより、センサ素子１０を内挿するホルダ２１が、主体金具２の内側にて位置決め固定されている。さらに、ホルダ２１が固定された主体金具２内には、滑石粉末２３が圧縮充填されている。これにより、主体金具２の内側において、金属製ホルダ２０およびホルダ２１が固定されるとともに、センサ素子１０が主体金具２に対して位置決め固定されている。なお、滑石粉末２３の圧縮は、後述するスリーブ３０が主体金具２内に組み込まれる際に、そのスリーブ３０によって加圧されることにより行われる。

次に、滑石粉末２３について説明する。図１に示す滑石粉末２３は、主体金具２の内側において、ホルダ２１とスリーブ３０とに挟まれる隙間に圧縮充填される。なお、本実施形態で使用するこの滑石粉末２３は、中国海城地区産の滑石（含水珪酸マグネシウム：３ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ）を主成分とし、その滑石に珪酸ナトリウム（通称、水ガラス：Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｘＨ_２Ｏ、ｎ，ｘは係数）を混合したものである。

次に、スリーブ３０について説明する。図１および図６に示すように、アルミナ製のスリーブ３０は、多段円筒状に形成されている。そして、スリーブ３０には、その軸線方向に沿って挿通孔３１が設けられ、この挿通孔３１にセンサ素子１０が挿通される。そして、図６に示すように、ホルダ２１の挿通孔２２と同様、挿通孔３１の中心軸に直交する方向の断面は、センサ素子１０の断面形状に沿った略長方形状に形成されている。

また、図６に示すように、スリーブ３０の後端面（図中上側の面）には、スリーブ３０の軸線方向に沿って後端方向（図中上方向）に向かう一対の素子ガイド３３が突設されている。各素子ガイド３３には、センサ素子１０の短手方向の両端（長手側の両側縁）を案内するため、挿通孔３１の内周から連続する溝３５がそれぞれ設けられている。この溝３５の長さは、スリーブ３０が組み付けられた際に、センサ素子１０がはみ出さない程度の長さとなっている。また、溝３５の深さは、溝３５に案内されるセンサ素子１０の、導体リード部１３３の端末、信号取り出し用端子１１４および一対のヒータ通電端子２３２（図２参照）の少なくとも一部が露出される深さとなっている。また、溝３５の幅は、センサ素子１０の厚みより少し広めに形成されている。

そして、図７に示すように、スリーブ３０の挿通孔３１にセンサ素子１０が内挿され、そのセンサ素子１０の短手方向の両端が、一対の素子ガイド３３によって案内されている。さらに、挿通孔３１の内周面と、センサ素子１０の板面との間には所定の隙間Ｄが形成されている。この隙間Ｄは、センサ素子１０が、ホルダ２１およびスリーブ３０によって保持されたときに、ホルダ２１の隙間Ａとともに、センサ素子１０の長手方向における製造上生じる僅かな反りを吸収するためのものである。そして、その隙間Ｄは、以下の条件の下に限定されている。

図８に示すように、センサ素子１０を内挿するスリーブ３０を、センサ素子１０の板面に直交するように、センサ素子１０の長手方向に切断したとき、センサ素子１０の厚さ方向（図８の左右方向）における隙間Ｄの総和の距離を距離Ｅとする。この距離Ｅは、センサ素子１０の厚さ方向の一方の板面１４ａと、挿通孔３１の内周面３１ａとの距離をＥ１とし、センサ素子１０の厚さ方向の一方の板面１４ａとは反対側の板面１４ｂと、挿通孔３１の内周面３１ｂとの距離をＥ２としたときに、距離Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２として定義する。一方、図９に示すように、センサ素子１０の幅方向（図９の左右方向）における隙間Ｄの総和の距離を距離Ｆとする。この距離Ｆは、センサ素子１０の幅方向の一方の板面１０ａと、挿通孔３１の内周面３１ｃとの距離をＦ１とし、センサ素子１０の幅方向の一方の板面１０ａとは反対側の板面１０ｂと、挿通孔３１の内周面３１ｄとの距離をＦ２としたときに、距離Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２として定義する。そして、本実施形態では、距離Ｅおよび距離Ｆも、０．７ｍｍ以下に各々限定される。なお、距離Ｅおよび距離Ｆを限定した理由およびその効果については後述する。

なお、図８に示すＥ１、Ｅ２、又は図９に示すＦ１、Ｆ２が、「センサ素子の板面に直交するようにセンサ素子の長手方向に切断したとき、センサ素子の板面と第２の軸孔の内周面とのセンサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離」に相当し、図８に示す距離Ｅ及び図９に示す距離Ｆが、「総和」に相当する。また、図６に示す挿通孔３１が、「第２の軸孔」に相当する。

そして、図１に示すように、ホルダ２１およびスリーブ３０によって保持されたセンサ素子１０が主体金具２の内側に収容された状態では、センサ素子１０の、導体リード部１３３の端末、信号取り出し用端子１１４および一対のヒータ通電端子２３２（図２参照）は、主体金具２のかしめ部７側（ガスセンサ１の後端側）より露出される。さらに、主体金具２のかしめ部７が内側に折り曲げられてかしめられると、内部に介在されたステンレス製のリング部材８を介して、スリーブ３０が主体金具２の先端側に向かって押圧される。すると滑石粉末２３が加圧され、ホルダ２１およびスリーブ３０とに挟まれた空間を隙間なく埋めるので、ホルダ２１およびスリーブ３０によって保持されたセンサ素子１０が、主体金具２内に気密的に保持固定される。

次に、本発明の要部であるホルダ２１の挿通孔２２における隙間Ａと、スリーブ３０の挿通孔３１における隙間Ｄとを限定した理由について説明する。上記説明したように、図１に示す隙間Ａおよび隙間Ｄは、センサ素子１０が、ホルダ２１およびスリーブ３０によって保持されたときに、センサ素子１０の長手方向において製造上生じる僅かな反りを吸収するものである。しかし、これら隙間Ａおよび隙間Ｄが大きいと、それら隙間Ａおよび隙間Ｄから滑石粉末２３が外部に漏れる不具合を生じる。例えば、ガスセンサ１が、排気管内にその先端部を水平面より下側に向けて固定される場合、滑石粉末２３はその重力によって隙間Ａから外部に漏れてしまう。一方、それとは反対に、ガスセンサ１が、排気管内にその先端部を水平面より上側に向けて固定される場合、滑石粉末２３はその重力によって隙間Ｄから外部に漏れてしまう。さらに、隙間Ａおよび隙間Ｄが大きい場合、排気管内を通過する排気ガスが、ホルダ２１の挿通孔２２の隙間Ａから侵入し、滑石粉末２３を介して、スリーブ３０の挿通孔３１の隙間Ｄに侵入するため、ガスセンサ１内に排気ガスが侵入することから、センサ内の気密性が低下し、排気ガス中の酸素濃度を正確に検出できなくなる不具合も生じる。

そこで、これらの不具合を防止するため、本実施形態のガスセンサ１では、図４および図５に示す隙間Ａにおける距離Ｂおよび距離Ｃと、図８および図９に示す隙間Ｄにおける距離Ｅおよび距離Ｆとが、それぞれ０．７ｍｍ以下となるように限定した。なお、以下の説明では、便宜上、距離Ｂおよび距離Ｃの何れも「隙間Ａの距離」といい、距離Ｅおよび距離Ｆの何れも「隙間Ｄの距離」ということにする。

以上説明した本発明により限定された隙間Ａおよび隙間Ｄの距離（０．７ｍｍ以下）の効果を確認するために、ガスセンサ１の性能試験を以下のようにして行った。以下、図１０に示す試験結果に基づいて説明する。図１０は、試験結果について示すグラフである。この試験は、隙間Ａおよび隙間Ｄの距離をともに変えたガスセンサを複数用意し、それらガスセンサを差圧式のリークテスタのチャンバーに取り付けておこなったものである。そして、圧力０．６ＭＰａでの、ガスセンサ１の隙間Ａおよび隙間Ｄからセンサ内に流れた１分間当たりの雰囲気のもれ量を、リーク量（ｍｌ／ｍｉｎ）として計測したものである。さらに、リーク量の基準値を、隙間Ａおよび隙間Ｄから滑石粉末２３が漏れることない数値として、０．１５ｍｌ／ｍｉｎと設定した。そして、ガスのリーク量がその基準値（０．１５ｍｌ／ｍｉｎ）以下となるガスセンサ１の隙間Ａ・隙間Ｄの距離（ｍｍ）の範囲を求めた。

次に、試験結果について説明する。図１０に示す結果に基づいて考察すると、隙間Ａ・隙間Ｄの距離（ｍｍ）が約０．７ｍｍを超えると、リーク量が０．１５ｍｌ／ｍｉｎを超えるガスセンサが見られた。そして、隙間Ａ・隙間Ｄの距離が０．７ｍｍよりもさらに長いガスセンサでは、ガスのリーク量が急激に増加する傾向を示した。したがって、本発明では、隙間Ａ・隙間Ｄの距離（ｍｍ）を０．７ｍｍ以下に各々設定することにより、センサ内の気密性を確保し、かつ滑石粉末２３の外部漏れを防止できるガスセンサ１を提供することができた。

以上説明したように、本実施形態のガスセンサ１では、ホルダ２１およびスリーブ３０に設けられた挿通孔２２および挿通孔３１において、各挿通孔の内周面と、センサ素子１０の板面とにできる隙間Ａおよび隙間Ｄの大きさを限定したものである。そして、これら隙間Ａおよび隙間Ｄをともに０．７ｍｍ以下に限定することで、排気ガスが隙間Ａから主体金具２内に侵入するのを防止できる。さらに、主体金具２内に侵入した排気ガスが、さらに滑石粉末２３に浸透し、隙間Ｄを通過することにより、ガスセンサ１内部の気密性が低下するのを防止することができる。また、ホルダ２１とスリーブ３０との間に充填された滑石粉末２３が、隙間Ａ・隙間Ｄから外部に漏れるのを防止することができる。したがって、センサ内の気密性を確保しつつ、センサ内部に充填された滑石粉末２３の外部漏れを防止することにより、信頼性の高いガスセンサを提供することができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態では、ホルダ２１の挿通孔２２と、スリーブ３０の挿通孔３１との２つの挿通孔におけるセンサ素子１０の板面との隙間Ａおよび隙間Ｄの両方の距離が０．７ｍｍ以下となっているが、少なくとも隙間Ａおよび隙間Ｄの何れかの一方の挿通孔の隙間が０．７ｍｍ以下になっていればよい。

板状に形成されたセンサ素子を用いた酸素センサ、全領域空燃比センサ、ＮＯ_Ｘセンサ等の各種ガスセンサに適用できる。

ガスセンサ１の要部破断断面図である。 センサ素子１０の分解斜視図である。 ホルダ２１の挿通孔２２にセンサ素子１０が内挿した状態を示す斜視図である。 図３に示すＧ−Ｇ線矢視方向断面図である。 図３に示すＨ−Ｈ線矢視方向断面図である。 スリーブ３０の斜視図である。 スリーブ３０の挿通孔３１にセンサ素子１０が内挿した状態を示す斜視図である。 図７に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。 図７に示すＪ−Ｊ線矢視方向断面図である。 試験結果について示すグラフである。

符号の説明

１ ガスセンサ
２ 主体金具
１０ センサ素子
１１ 検知部
２１ ホルダ
２２ 挿通孔
２３ 滑石粉末
３０ スリーブ
３１ 挿通孔

Claims (3)

1. 板体の長手方向の一端部にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の検知部を露出する形態で、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲む略筒状の主体金具と、当該主体金具の内側にて保持され、前記センサ素子が挿通される第１の軸孔を有するホルダとを備えたガスセンサであって、
   前記センサ素子の板面に直交するように前記センサ素子の長手方向に切断したとき、前記センサ素子の板面と前記第１の軸孔の内周面との前記センサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ホルダに対して前記検知部とは反対側に配置されると共に、前記主体金具の内側にて保持され、前記センサ素子が挿通される第２の軸孔を有するスリーブを備え、
   前記センサ素子の板面に直交するように前記センサ素子の長手方向に切断したとき、前記センサ素子の板面と前記第２の軸孔の内周面との前記センサ素子の長手方向に垂直な短手方向の距離の総和が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記主体金具の内側において、前記ホルダと前記スリーブとに挟まれる隙間には、充填粉末が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
   
   
   
   
   

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