JP5841066B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪や乗用車等の車両に搭載される内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素等の検出に用いて好適なガスセンサに関する。

従来、排気ガスに含まれる酸素濃度を検知するガスセンサとして、酸素イオン導電性を有するガス検出素子が設けられたセンサであって、車両の内燃機関の排気管に取付けられるものが知られている（例えば、特許文献１から３参照）。

排気管はエンジンから車両の底面に沿って後部に延びて配置される場合が多く、排気管に取り付けられるガスセンサも車両の底面の近くに配置されることがある。このように車両の底面近くにガスセンサが配置されると、車両の車輪によって跳ね上げられた水がガスセンサに付着することがある。

ガスセンサに付着した水がセンサの内部に入ると、センサ内部の配線が短絡する等の不具合が発生し、排気ガスに含まれる酸素濃度を正確に検知できなくなる可能性がある。そのため、特許文献１から３に記載されたガスセンサでは、排気ガスの酸素濃度を測定する際の基準となる大気をガスセンサの内部に導く連通孔に、撥水性を有するフィルタなどを配置し、水をガスセンサの内部に入れにくい構成を採用している。

特許文献１や特許文献２に記載されているガスセンサと同様な構成を有するセンサ（図５参照）を例に挙げて説明すると、ガスセンサＰ５では、ガス検出素子Ｐ１が主体金具Ｐ２内に固定されるとともに、ガス検出素子Ｐ１の後端側を金属製の外筒Ｐ３および保護外筒Ｐ４で覆われている。

この種のガスセンサＰ５では、ガス検出素子Ｐ１の後端側に、外筒Ｐ３の後端側で位置決めされたセパレータＰ６が配置され、内側電極Ｐ７に接触して端子金具Ｐ８が配置されている。また、この端子金具Ｐ８の後端側は、セパレータＰ６の貫通孔Ｐ９に配置されるとともに、貫通孔Ｐ９内にて、センサ出力を取り出すリード線Ｐ１０と接続されている。

更に、外筒Ｐ３および保護外筒Ｐ４には、それぞれ連通孔Ｐ１３および連通孔Ｐ１４が設けられている。連通孔Ｐ１３および連通孔Ｐ１４は、酸素基準源となる大気側、つまりガスセンサＰ５の外部と、ガス検出素子の内部空間Ｐ１２との間で空気が流通するガス検出素子Ｐ１の後端側の空間Ｐ１１と、を連通させるものである。なお、外筒Ｐ３と保護外筒Ｐ４との間には、ガスの通過は可能で水の通過を阻止するフィルタＰ１５が配置されている。

特開２００７−１９２８００号公報 特開２００８−１０１９５６号公報 特開２００９−０７５０６６号公報

しかしながら、上述のように連通孔にフィルタを配置して、水がガスセンサの内部に侵入しにくい構成を採用しても、以下に説明する不具合が発生するおそれがある。
つまり、特許文献１から３に記載されたガスセンサは、外形が複数の円筒状部材を重ね合わせて構成されているため、ガスセンサに付着した水が、表面張力によって。複数の円筒状部材の隙間に引き込まれやすい。図５のガスセンサＰ５の場合では、外筒Ｐ３と保護外筒Ｐ４との隙間や、主体金具Ｐ２と外筒Ｐ３との隙間に、塩水が引き込まれやすい。引き込まれた水は、長期間その隙間に溜まり、円筒状部材が腐食する原因の一つになる。円筒状部材の腐食は亀裂や貫通孔の形成につながり、この亀裂や貫通孔が、水がガスセンサの内部に侵入する経路となって、ガスセンサが排気ガスに含まれる酸素濃度を正確に検知できなくなる可能性がある。

特に、隙間を形成する隣接した円筒状部材を構成する金属材料のイオン化傾向の大きさが異なる場合、例えばステンレス合金製の円筒状部材と、鉄製の円筒状部材とが隣接する場合には、イオン化傾向が大きな円筒状部材が腐食しやすくなる。

また、近年では、ガスセンサの小型化を図るために、ガスセンサの長手方向の長さである全長を短くする検討が行われている。図５のガスセンサＰ５を例に挙げると、主体金具Ｐ２から後端までの長さを短くすることが考えられる。

すると、主体金具Ｐ２の後端と、保護外筒Ｐ４の先端とが、表面張力によって水が引き込まれる程度にまで接近する可能性がある。その場合、主体金具Ｐ２の後端と保護外筒Ｐ４の先端との隙間に水が引き込まれやすくなる。一旦、水が引き込まれて溜まると、その滞留した水滴を核として周りに付着した水滴同士がくっつくことでより大きな水滴を成し、主体金具Ｐ２の後端と保護外筒Ｐ４の先端との隙間のみならず、その近傍にまで濡れ広がりつつ滞留する虞がある。その結果、主体金具Ｐ２および保護外筒Ｐ４の少なくとも一方が腐食する可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、主体金具など外形を構成する部材の隙間に塩水が溜まることを抑制すると共に、水溜まりによる外形を構成する部材の腐食を抑制することが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、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサは、被測定ガスが流れる流路に挿入されるガスセンサであって、軸線方向に沿って延びるセンサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具と、該主体金具における前記挿入方向と反対側の端部側である後端側に固定され、筒状に形成された筒部、および該筒部の先端側から径方向外側に延びて形成された鍔部を備え、該鍔部が前記主体金具の後端側に設けられた加締め部によって覆われて固定される内筒部材と、該内筒部材の筒部の外側を径方向にわたって覆うとともに、自身の先端が前記加締め部の後端向き面と軸線方向に離間してなる外筒部材と、前記内筒部材および前記外筒部材の間に挟まれて配置された筒状の撥水性を有する通気フィルタと、が設けられ、前記通気フィルタは、前記外筒部材の先端から軸線方向に向かって突出し、前記通気フィルタの先端は、前記主体金具の前記加締め部の前記後端向き面と少なくとも一部で接触することを特徴とする。

本発明のガスセンサによれば、通気フィルタの先端によって、内筒部材と外筒部材との間、および、主体金具の加締め部と内筒部材との間に塩水が溜まりにくくなる。つまり、内筒部材の外周側、かつ、外筒部材の内周側に配置された通気フィルタは撥水性を有し、外筒部材の先端よりも、さらに主体金具に向かって突出して配置されている。そのため、内筒部材と外筒部材との間である隙間（径方向の隙間）には、必ず撥水性を有する通気フィルタが配置されることになり、水が溜まりにくくなる。また、通気フィルタの先端が主体金具の加締め部と当接して配置されているため、水は主体金具と内筒部材との間の隙間よりも径方向外側に配置された通気フィルタに遮られて、主体金具と内筒部材との隙間に浸入しにくくなり、溜まりにくくなる。より具体的には、加締め部と筒部との間の隙間や、加締め部と鍔部との間の隙間に塩水が溜まりにくくなる。さらに、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間（軸線方向の隙間）では、先端が主体金具に当接している通気フィルタが露出しているため、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間やその近傍に塩水が溜まりにくい。

このように、内筒部材と外筒部材との隙間や、主体金具と内筒部材との隙間、さらには、外筒部材と主体金具との隙間やその近傍に塩水が溜まりにくくすることにより、主体金具や、内筒部材や、外筒部材の腐食の発生を抑制することができる。

なお、通気フィルタの先端は、主体金具の加締め部の後端向き面と少なくとも一部で接触し、前記通気フィルタの先端と前記加締め部の前記後端向き面との間に水が入り込まないことが望ましい。

上記発明において、前記内筒部材を形成する金属材料と、前記外筒部材を構成する金属材料とは、イオン化傾向の大きさが異なることを特徴とする。
このように、イオン化傾向が小さな金属材料からなる部材と、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材をガスセンサに用いた場合、両部材の間に塩水が存在すると、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材に腐食がより発生しやすい。しかしながら、本発明のガスセンサでは、通気フィルタによって、外筒部材と内筒部材との隙間に塩水が溜まりにくいため、内筒部材に外筒部材よりもイオン化傾向が大きな金属材料を使用したとしても、腐食の発生を抑制することができる。

上記発明において、主体金具を構成する金属材料と、外筒部材を構成する金属材料とは、イオン化傾向の大きさが異なることを特徴とする。
このように、イオン化傾向が小さな金属材料からなる部材と、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材をガスセンサに用いた場合、両部材の間に塩水が存在すると、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材に腐食がより発生しやすい。しかしながら、本発明のガスセンサでは、通気フィルタによって、主体金具と外筒部材との隙間に塩水が溜まりにくいため、主体金具に外筒部材よりもイオン化傾向が大きな金属材料を使用したとしても、腐食の発生を抑制することができる。

上記発明において、前記センサ素子の後端が前記加締め部の後端向き面よりも後端側に位置し、かつ前記外筒部材の先端は、前記センサ素子の後端よりも先端側に配置されていることが望ましい。

このように外筒部材の先端をセンサ素子の後端よりも先端側に配置させて、外筒部材とセンサ素子とを部分的にオーバーラップさせて配置することにより、ガスセンサを軸線方向に小型化することができる。

また、外筒部材の先端を主体金具に接近させても、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間では、先端が主体金具に当接している通気フィルタが露出しているため、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間に塩水が溜まりにくい。

上記発明において、内燃機関を構成するエンジンヘッドには、排気流路が設けられ、前記主体金具には、前記エンジンヘッドに取り付けるための取付け部が設けられていることが望ましい。

このようにガスセンサをエンジンヘッドに取り付けることにより、内燃機関から延びる排気管にガスセンサを取り付ける場合と比較して、ガスセンサの小型化を図りやすくなる。つまり、内燃機関のエンジンヘッドには、エンジンヘッドを冷却するウォータジャケット等の冷却手段が設けられている。このような冷却手段が設けられていない排気管と比較して、エンジンヘッドの温度は一般的に低くなっている。そのため、排気管に取り付けられる場合と比較して、通気フィルタなどの熱の影響を受けやすい部品を、エンジンヘッドに接近して配置することができ、ガスセンサを軸線方向に小型化しやすくなる。なお、エンジンヘッドはシリンダヘッドと呼ばれる場合もある。

ところで、ガスセンサを軸線方向に小型化すると、外筒部材の先端が主体金具に接近する場合があり、そうした場合に、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間で塩水が溜まりやすくなり、ひいては腐食を誘発する虞があるが、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間では、先端が主体金具に当接している通気フィルタが露出しているため、外筒部材の先端と主体金具との間の隙間に塩水が溜まりにくいため、そうした虞が解消され得る。

上記発明において、前記外筒部材の先端は、前記通気フィルタに当接していることが望ましい。

通常、ガスセンサを組み上げていく過程において、内筒部材と外筒部材の間に通気フィルタを配置した後に径方向から加締めることで固定を行うが、この際に外筒部材の中ほどで加締めると外筒部材の先端が浮き上がり、通気フィルタと外筒部材の先端との間に隙間が形成されることがある。当該隙間に水が引き込まれやすく、一旦、水が引き込まれて溜まると大きな水滴を成すと、主体金具と外筒部材との隙間やその近傍に長時間滞留することとなり、その結果、主体金具及び外筒部材の少なくとも一方が腐食する可能性がある。

そこで、加締め後の外筒部材の先端に対し、例えばパンチングなどの工程を経て外筒部材の先端を通気フィルタに密着させると、外筒部材の先端と通気フィルタが隙間なく当接することにより、主体金具に対するフィルタの接地圧や接地面積が増加するため、外筒部材と主体金具との隙間やその近傍に塩水が溜まりにくくなり、主体金具や、外筒部材の腐食の発生を抑制することができる。

本発明のガスセンサによれば、通気フィルタの先端は、主体金具の加締め部の後端向き面と接触するため、内筒部材と外筒部材との間、および、主体金具の加締め部と内筒部材との間に塩水が溜まりにくくなると共に、水溜まりによる主体金具等の腐食を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスセンサの全体構成を説明する断面視図である。 図１のガス検出素子の構成を説明する図である。 図１のセパレータ、閉塞部材、および、保護外筒などの構成を説明する部分分解斜視図である。 図１の主体金具とフィルタとの接触を説明する部分拡大断面視図である。 従来のガスセンサの全体構成を説明する断面視図である。

この発明の一実施形態に係るガスセンサについて、図１から図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の全体構成を説明する断面視図である。
本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関のエンジンヘッドに締結され、エンジンヘッド内に形成された排気流路内にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、プロテクタ６０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。

本実施形態のガスセンサ１は、後述するガス検出素子１０を加熱するためのヒータを備えていない、いわゆるヒータレスのセンサであり、排気ガスの熱によってガス検出素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。

ガスセンサ１には、図１に示すように、ガス検出素子（センサ素子）１０と、セパレータ２０と、閉塞部材３０と、端子金具４０と、リード線４５とが主として備えられているとともに、それらの周囲を覆う主体金具５０と、プロテクタ６０と、外筒（内筒部材）７０と、保護外筒（外筒部材）８０等が備えられている。

図２は、図１のガス検出素子１０の構成を説明する図であり、ガス検出素子１０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものである。ガス検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成され、先端側の端部１２が閉塞された素子本体１１から主に構成されている。素子本体１１の外周には、径方向外向きに突出する鍔部１３が周方向にわたって設けられている。なお、本実施形態では、ガス検出素子１０が筒状に形成された例に適用して説明しているが、筒状に形成されたものに限定されることなく、板状に形成されたものであってもよく、特に限定するものではない。

素子本体１１を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ_２が代表的なものである。この個体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ_２との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ_２との固溶体に、さらにＨｆＯ_２が含有された固体電解質を使用しても良い。

素子本体１１の外周面には、外側電極１４と、縦リード部１５と、環状リード部１６とが形成されている。外側電極１４は、ガス検出素子１０の端部１２に、ＰｔあるいはＰｔ合金（以下、「Ｐｔ等」と表記する。）を多孔質に形成した電極である。縦リード部１５は、外側電極１４から軸線方向に延びる導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。環状リード部１６は、鍔部１３の下面側（図２の下方）に環状に形成され、縦リード部１５と導電可能に接続される導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。素子本体１１の内周面には、Ｐｔ等を多孔質に形成した内側電極１７が形成されている。

図３は、図１のセパレータ２０、閉塞部材３０、および、保護外筒８０などの構成を説明する部分分解斜視図であり、セパレータ２０は、図１および図３に示すように、ガス検出素子１０と閉塞部材３０との間に配置される部材である。また、セパレータ２０は、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材であり、セパレータ２０の軸中心には、リード線４５が挿通される貫通孔２１が形成されている。

閉塞部材３０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる円筒形状のシール部材であり、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。閉塞部材３０の軸中心には、リード線４５が挿通される貫通孔３１が形成されている。閉塞部材３０の先端側は、セパレータ２０の後端側に気密に密着し、後端側の外周は、外筒７０の内周面や保護外筒８０の内周面と気密に密着する。このように閉塞部材３０は、ガスセンサ１の内部と外部とを気密に分離している。即ち、ガスセンサ１の後端側は、閉塞部材３０によって、気密に閉塞されている。

端子金具４０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された金具であり、センサ出力を外部に取り出す略筒状に形成された部材である。端子金具４０は、リード線４５に導電可能に接続されているとともに、ガス検出素子１０の内側電極１７に接触して配置されている。

端子金具４０の後端には、径方向外側に向かって延びる３つのフランジ片４１が、周方向に等間隔に並んで設けられている。言い換えると、３つのフランジ片４１の間には、周方向に広がる隙間が形成されている。

主体金具５０は、図１に示すように、鉄から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具５０には、ガス検出素子１０の鍔部１３を支持する段部５１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。また、主体金具５０の外表面には、予めＮｉメッキが施され、薄膜のＮｉメッキ層（図示せず）が形成されている。

主体金具５０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関のエンジンヘッド（図示せず。）に取付けるネジ部（取付け部）５２と、ネジ部５２をエンジンヘッドにネジ込むための取付工具を係合させる六角部５３と、が周方向にわたって設けられている。なお、主体金具５０の先端から後端に向かって、ネジ部５２、六角部５３の順に並んで配置されている。更に、この主体金具５０の後端側、言い換えると、六角部５３の後端側に隣接した位置に筒状部５４が設けられている。

プロテクタ６０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガス検出素子１０の先端を覆う保護部材である。プロテクタ６０は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ６０の後端縁は、ガス検出素子１０の鍔部１３と主体金具５０の段部５１との間に挟まれて固定されている。また、主体金具５０とガス検出素子１０との間には、先端側より順に、滑石から形成されたセラミック粉末６５と、アルミナから形成されたセラミックスリーブ６６と、が配置されている。

外筒７０は、鉄から形成された部材であり、主体金具５０の内部に差し込まれると共に、セラミックスリーブ６６の後端側に隣接して配置されるものである。外筒７０には、軸線方向に沿って延びる筒状に形成された筒部７１と、筒部７１の先端側から径方向外側に向かって広がる鍔部７２と、筒部７１に形成された貫通孔である通気孔７３と、が設けられている。また、外筒７０の外表面には、予めＮｉメッキが施され、薄膜のＮｉメッキ層（図示せず）が形成されている。

筒部７１は、内部にガス検出素子１０の後端や、セパレータ２０や、閉塞部材３０の先端が配置される部材である。さらに筒部７１は、保護外筒８０が加締められた際に、同時に径方向内側に向かって変形し、内周面が閉塞部材３０の外周面と密着するものである。

鍔部７２は、先端側の面がセラミックスリーブ６６と接触して配置されていると共に、後端側の面には、Ｎｉメッキが施された鉄からなる金属リング６７が配置されている。

また、主体金具５０には、筒状部５４の後端に外筒７０を主体金具５０に固定する加締め部５５が設けられている。加締め部５５は、筒状に延びる筒状部５４の後端に対して力を加えて、径方向内側に向かって変形された部分である。加締め部５５は、金属リング６７や、鍔部７２や、セラミックスリーブ６６や、セラミック粉末６５などを軸線方向に沿って先端側に押し付けている。なお、加締め部５５は、外筒７０の筒部７１との間に隙間が形成されていてもよいし、接触していてもよい。隙間は、外筒７０またはフィルタ７５の厚みよりも狭く形成されている。なお、主体金具５０の加締め部５５上のＮｉメッキ層は、加締める過程でクラックが入ることもある。この時、当該クラックに水滴が長時間滞留すると、主体金具が腐食する可能性がある。

外筒７０の外周には、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いて筒状に形成された撥水性を有するフィルタ（通気フィルタ）７５が配置されている。フィルタ７５の先端側の端部は、図１および図４に示すように、主体金具５０の加締め部５５と、周方向にわたって接触している。フィルタ７５の後端は、図１に示すように、外筒７０の後端と同じ位置まで延びて配置されている。フィルタ７５は、通気は可能であるが水分の侵入は防止できるものである。

なお、上述のようにフィルタ７５は、主体金具５０の加締め部５５と直接に接触してもよいし、他の部材を介して加締め部５５と接触してもよく、言い換えると、加締め部５５と接触する他の部材に直接接触してもよく、特に限定するものではない。また、全周にわたって接触していることが望ましいが、少なくとも一部で接触していれば良い。

さらに、上述の筒状に形成されたフィルタ７５には、実際に筒状に形成されたものの他に、シート状に形成されたフィルタ７５を一周以上巻いたもの、言い換えると、巻いて一部をオーバーラップさせたものも含まれる。

フィルタ７５の外周には、主体金具５０とは異なるステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４Ｌ）を用いて、概ね筒状に形成された保護外筒８０が配置されている。保護外筒８０は、外周側から加締められることにより、外筒７０との間でフィルタ７５を挟みこみ、保持するものである。さらに、保護外筒８０の後端は、先端と比較して径が小さく形成され、保護外筒８０の後端には、閉塞部材３０の後端が嵌め込まれている。この状態で外周側から加締められるため、保護外筒８０は、閉塞部材３０を外筒７０の後端に固定することができる。

保護外筒８０には、外筒７０の通気孔７３と対応する位置に、貫通孔である通気孔８１が設けられている。通気孔７３および通気孔８１は、大気と、ガスセンサ１の内部、詳しくは、ガス検出素子１０の内側電極１７側の内部空間１８とを空気の流通が可能に連通させるものである。

次に、本実施形態のガスセンサ１の製造手順について簡単に説明する。
始めに、図１に示すように、主体金具５０に形成された貫通孔内に、後端側から先端側に向けてプロテクタ６０とガス検出素子１０とを挿入する。次に、主体金具５０とガス検出素子１０との間の空間に、セラミック粉末６５およびセラミックスリーブ６６を配置する。

セラミックスリーブ６６の後端側に、鍔部７２が接触するように外筒７０を配置し、鍔部７２の後端側の面に金属リング６７を配置する。この状態で、主体金具５０の筒状部５４の後端を加締めて、具体的には、径方向外側から内側に向けて塑性変形させて加締め部５５を形成する。加締め部５５は、金属リング６７を介して外筒７０をセラミックスリーブ６６に押し付けると共に、外筒７０を主体金具５０に固定する。

その後、図１および図４に示すように、外筒７０の外周を周方向にわたって覆うようにフィルタ７５を配置する。このとき、フィルタ７５の先端側の端部は、主体金具５０の加締め部５５に突き当てられ、加締め部５５と外筒７０の筒部７１との境目を周方向にわたって覆うように配置されている。

その一方で、図３に示すように、セパレータ２０の貫通孔２１と閉塞部材３０の貫通孔３１と保護外筒８０にリード線４５を通し、そのリード線４５の先端に端子金具４０を固定する。以下では、これを複合部材９１と表記する。

形成された複合部材９１は外筒７０内に差し込まれ、図１に示すように、端子金具４０の先端をガス検出素子１０の内部空間１８に挿入し、端子金具４０と内側電極１７とを接触させる。このとき、端子金具４０は、フランジ片４１がガス検出素子１０の後端部に接触するまで挿入され、位置決めされる。

同時に、セパレータ２０および閉塞部材３０の先端側を外筒７０内に配置するとともに、セパレータ２０、閉塞部材３０および保護外筒８０を先端側に押圧する。さらに、フィルタ７５の外周側に保護外筒８０を嵌め込む。このとき、保護外筒８０の先端側の端部は、図１および図４に示すように、ガス検出素子１０の後端よりも主体金具５０に近い位置に配置されている。さらに、保護外筒８０の先端側の端部は、主体金具５０の加締め部５５から離れているため、フィルタ７５の先端側の端部は、保護外筒８０の先端側の端部と加締め部５５との間で露出している。

その後、保護外筒８０を径方向外側から内側に向けて加締めることにより、保護外筒８０と外筒７０とを一体に固定する。加締めは、通気孔７３および通気孔８１が形成された位置以外の位置で行われる。以上により、ガスセンサ１が完成する。

以下、本発明について実施例を参照して具体的に説明する。

（試料１〜６）
上記したガスセンサ１の製造において、フィルタ７５と主体金具５０とのクリアランスを表１の如く割りふった試料１〜６を作成した。

次に、試料１〜６のガスセンサ１について、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に準拠した塩水噴霧試験を２４時間行い、主体金具５０上に錆発生の有無を評価した。結果を表１に示す。

なお、評価は、各試料について１０本ずつ塩水噴霧試験を行い、試験本数（１０本）に対する錆発生数の割合で示した。また、錆が発生したかどうかは、各試料を元素マッピングにて分析し、主体金具５０の鉄が消失していたものを錆の発生があったものとした。

上記塩水噴霧試験の結果、フィルタ７５の先端から主体金具５０までのクリアランスが０ｍｍ、つまり当接している試料１においては錆が発生せず、フィルタ７５の先端から主体金具５０までのクリアランスが存在する試料２、３においては錆が発生した。これにより、フィルタ７５の先端が主体金具５０に当接することにより、隙間やその近傍に塩水が溜まりにくくなり、その結果として主体金具５０の腐食の発生を抑制することができることが判明した。

本実施形態では、通気孔７３および通気孔８１が形成された位置の先端側および後端側の二つの位置で加締めが行われる例に適用して説明した。この場合、保護外筒８０の先端側の端部は、少なくとも、先端側で行われる加締め位置の先端側の端、または、この加締め位置よりも主体金具５０に近い位置まで延びていることが望ましい。

上記の構成のガスセンサ１によれば、フィルタ７５の先端によって、外筒７０と保護外筒８０との間、および、主体金具５０の加締め部５５と外筒７０との間に塩水が溜まりにくくなる。つまり、外筒７０の外周側、かつ、保護外筒８０の内周側に配置されたフィルタ７５は撥水性を有し、保護外筒８０の先端よりも、さらに主体金具５０に向かって突出して配置されている。そのため、外筒７０と保護外筒８０との間である隙間（径方向の隙間）には、必ず撥水性を有するフィルタ７５が配置されることになり、水が溜まりにくくなる。また、フィルタ７５の先端が主体金具５０の加締め部５５と当接して配置されているため、水は主体金具５０と外筒７０との間の隙間よりも径方向外側に配置されたフィルタ７５に遮られて、主体金具５０と外筒７０との隙間に浸入しにくくなり、溜まりにくくなる。より具体的には、加締め部５５と筒部７１との間の隙間や、加締め部５５と鍔部７２との間の隙間に塩水が溜まりにくくなる。さらに、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間（軸線方向の隙間）では、先端が主体金具５０に当接しているフィルタ７５が露出しているため、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間やその近傍に塩水が溜まりにくい。

このように、外筒７０と保護外筒８０との隙間や、主体金具５０と外筒７０との隙間、さらには、保護外筒８０と主体金具５０との隙間に塩水が溜まりにくくすることにより、主体金具５０や、外筒７０や、保護外筒８０の腐食の発生を抑制することができる。

また、イオン化傾向が小さな金属材料からなる部材と、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材をガスセンサに用いた場合、両部材の間に塩水が存在すると、イオン化傾向が大きな金属材料からなる部材に腐食が発生しやすい。しかしながら、本実施形態のガスセンサ１では、フィルタ７５によって、保護外筒８０と外筒７０との隙間に塩水が溜まりにくいため、外筒７０に保護外筒８０よりもイオン化傾向が大きな金属材料を使用したとしても、腐食の発生をより抑制することができる。同様に、主体金具５０に保護外筒８０よりもイオン化傾向が大きな金属材料を使用したとしても、腐食の発生をより抑制することができる。

保護外筒８０の先端をガス検出素子１０の後端よりも主体金具５０に接近させて、保護外筒８０とガス検出素子１０とを部分的にオーバーラップさせて配置することにより、ガスセンサ１を軸線方向に小型化することができる。

また、保護外筒８０の先端を主体金具５０に接近させても、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間では、先端が主体金具５０に当接しているフィルタ７５が露出しているため、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間に塩水が溜まりにくい。

ガスセンサ１をエンジンヘッドに取り付けることにより、内燃機関から延びる排気管にガスセンサを取り付ける場合と比較して、ガスセンサ１の小型化を図りやすくなる。つまり、内燃機関のエンジンヘッドには、エンジンヘッドを冷却するウォータジャケット等の冷却手段が設けられている。このような冷却手段が設けられていない排気管と比較して、エンジンヘッドの温度は一般的に低くなっている。そのため、排気管に取り付けられる場合と比較して、フィルタ７５などの熱の影響を受けやすい樹脂などから形成された部品を、エンジンヘッドに接近して配置することができ、ガスセンサ１を軸線方向に小型化しやすくなる。

ところで、ガスセンサ１を軸線方向に小型化すると、保護外筒８０の先端が主体金具５０に接近する場合があり、そうした場合に、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間で塩水が溜まりやすくなり、ひいては腐食を誘発する虞があるが、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間では、先端が主体金具５０に当接しているフィルタ７５が露出しているため、保護外筒８０の先端と主体金具５０との間の隙間に塩水が溜まりにくい。

なお、本実施形態では、主体金具５０および外筒７０を鉄から形成し、保護外筒８０を鉄とはイオン化傾向が異なるステンレス鋼から形成した例に適用して説明したが、主体金具５０、外筒７０、および、保護外筒８０をステンレス鋼から形成してもよく、特に限定するものではない。この場合、主体金具５０および外筒７０を形成するステンレス鋼と、保護外筒８０を形成するステンレス鋼と、の間でイオン化傾向が異なる場合（例えば、ステンレス鋼の品番が異なる場合）には、主体金具５０や外筒７０の腐食がしやすくなるが、本実施形態の構成を採用することにより、主体金具５０や外筒７０の腐食を抑制することができる。

また、保護外筒８０の先端は、フィルタ７５に当接していることが望ましい。

通常、ガスセンサ１を組み上げていく過程において、外筒７０と保護外筒８０の間にフィルタ７５を配置した後に径方向から加締めることで固定を行うが、この際に保護外筒８０の中ほどで加締めると保護外筒８０の先端が浮き上がり、フィルタ７５と保護外筒８０の先端との間に隙間が形成されることがある。当該隙間に水が引き込まれやすく、一旦、水が引き込まれて溜まると大きな水滴を成すと、主体金具５０と保護外筒８０との隙間やその近傍に長時間滞留することとなり、その結果、主体金具５０及び保護外筒８０の少なくとも一方が腐食する可能性がある。

そこで、加締め後の保護外筒８０の先端に対し、例えばパンチングなどの工程を経て保護外筒８０の先端をフィルタ７５に密着させると、保護外筒８０の先端とフィルタ７５が隙間なく当接することにより、主体金具５０に対するフィルタ７５の接地圧や接地面積が増加するため、保護外筒８０と主体金具５０との隙間やその近傍に塩水が溜まりにくくなり、主体金具５０や、保護外筒８０の腐食の発生を抑制することができる。

１…ガスセンサ、１０…ガス検出素子（センサ素子）、５０…主体金具、５２…ネジ部（取付け部）、５５…加締め部、７０…外筒（内筒部材）、７１…筒部、７２…鍔部、７５…フィルタ（通気フィルタ）、８０…保護外筒（外筒部材）

Claims (6)

1. 被測定ガスが流れる流路に挿入されるガスセンサであって、
   軸線方向に沿って延びるセンサ素子と、
   該センサ素子を保持する主体金具と、
   該主体金具における前記挿入方向と反対側の端部側である後端側に固定され、筒状に形成された筒部、および該筒部の先端側から径方向外側に延びて形成された鍔部を備え、該鍔部が前記主体金具の後端側に設けられた加締め部によって覆われて固定される内筒部材と、
   該内筒部材の筒部の外側を径方向にわたって覆うとともに、自身の先端が前記加締め部の後端向き面と軸線方向に離間してなる外筒部材と、
   前記内筒部材および前記外筒部材の間に挟まれて配置された筒状の撥水性を有する通気フィルタと、
   が設けられ、
   前記通気フィルタは、前記外筒部材の先端から軸線方向に向かって突出し、前記通気フィルタの先端は、前記主体金具の前記加締め部の前記後端向き面と少なくとも一部で接触することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記内筒部材を形成する金属材料と、前記外筒部材を構成する金属材料とは、イオン化傾向の大きさが異なることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記主体金具を構成する金属材料と、前記外筒部材を構成する金属材料とは、イオン化傾向の大きさが異なることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記センサ素子の後端が前記加締め部の後端向き面よりも後端側に位置し、かつ前記外筒部材の先端は、前記センサ素子の後端よりも先端側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 内燃機関を構成するエンジンヘッドには排気流路が設けられ、
   前記主体金具には、前記エンジンヘッドに取り付けるための取付け部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 前記外筒部材の先端は、前記通気フィルタに当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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