JP6983714B2

JP6983714B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP6983714B2
Application number: JP2018074483A
Authority: JP
Inventors: 俊哉三原; 健弘大場
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: JP2019184386A

Description

本発明は、被検出ガスの濃度を検出するセンサ素子と複数のセパレータとを備えたガスセンサに関する。

自動車等の排気ガス中の酸素やＮＯｘの濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いた板状のセンサ素子を有するものが知られている。
このようなガスセンサにおいては、被検出ガスの濃度に応じたセンサ素子の出力を外部に取り出すため、センサ素子の後端側に設けた電極パッドに端子金具を接触させて両者を電気的に接続すると共に、端子金具の後端側にリード線を圧着している。そして、端子金具自身は絶縁部材からなるセパレータに保持され、リード線はセパレータの後端側から弾性部材であるグロメットを介してガスセンサの外部に引き出されている。

そして、セパレータとして軸線方向に２つに分割された分割タイプのセパレータを用いるガスセンサも知られている（特許文献１、２）。分割タイプのセパレータは、セパレータに保持される端子金具の数が多い場合や、セパレータへの端子金具の組付けの利便を図るために採用されることが多い。
図１０に示すように、このタイプのガスセンサでは、センサ素子１０の後端側を先端側セパレータ２０２で囲み、先端側セパレータ２０２に保持された端子金具２０，３０をセンサ素子１０の後端側の電極パッド１１ａに接触させる。そして、先端側セパレータ２０２を保持金具２０８にて外筒２０６内に弾性的に保持し、先端側セパレータ２０２が径方向にブレてセンサ素子１０に接触しないようにしている。
一方、後端側セパレータ２０４を先端側セパレータ２０２の後端側に連結し、後端側セパレータ２０４を先端側セパレータ２０２とグロメット１７０との間で挟むように保持する。後端側セパレータ２０４はセンサ素子１０から離れているため、特に外筒２０４で保持せず、グロメット１７０の弾性力によって保持させるので、後端側セパレータ２０４は外筒２０４と非接触とされる。

特開２００９−４７５７４号公報（図１）特開２０１７−１９８６５６号公報（図１）

ところで、後端側セパレータ２０４は外筒２０４と非接触であるため、車両走行中などでガスセンサが振動したときに、先端側セパレータ２０２と保持金具２０８との固定部位を支点として、テコの原理により後端側セパレータ２０４が径方向Ｔにブレることがある。
そして、後端側セパレータ２０４がブレることで、後端側セパレータ２０４に接している先端側セパレータ２０２、ひいてはセンサ素子１０に径方向の応力が加わり、センサ素子１０が破損したり、端子金具２０，３０との電気的接続が失われるおそれがある。
一方、後端側セパレータ２０４を外筒２０６内に保持金具２０８で保持すると、部品点数や生産工程が増えてコストアップになる。

そこで、本発明は、先端側セパレータと後端側セパレータを有する場合に、センサ素子の破損を抑制し、センサ素子と端子金具との電気的接続の信頼性を向上させたガスセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、後端側の外表面に電極部を有するセンサ素子と、前記センサ素子の周囲を取り囲んで前記センサ素子を保持する主体金具と、前記電極部に電気的に接続される端子金具と、前記端子金具を保持すると共に、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の先端側セパレータと、前記先端側セパレータの後端側に同軸に配置され、前記先端側セパレータと直接又は間接的に連結される後端側セパレータと、前記主体金具の後端側に固定され、前記先端側セパレータ及び前記後端側セパレータを包囲する外筒と、を備えたガスセンサであって、前記先端側セパレータが前記外筒に弾性的に保持され、前記後端側セパレータが前記外筒に保持されず、前記軸線方向に直交する第１の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との最小の寸法差をＤ１とし、前記軸線方向に直交する第２の計測断面において、前記Ｄ１が計測される第１の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をＤ２としたとき、Ｄ２＜Ｄ１を満たすことを特徴とする。

ガスセンサが振動すると、先端側セパレータと後端側セパレータとが同軸に連結されているために、外筒に保持された先端側セパレータの固定部位を支点として、後端側セパレータが径方向にブレることがある。
そこで、このガスセンサによれば、Ｄ２＜Ｄ１とすることで、径方向のブレによってセンサ素子が先端側セパレータに衝突する前に、後端側セパレータが外筒の内周面に当接して径方向のブレを吸収する。これにより、後端側セパレータに連結した先端側セパレータ、ひいてはセンサ素子に径方向の応力が加わってセンサ素子が破損することを抑制し、端子金具との電気的接続を維持し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記第１の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との寸法差をＤ３とし、前記第２の計測断面において、前記Ｄ３が計測される第２の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をＤ４としたとき、いずれの前記第２の計測方向においても、Ｄ４＜Ｄ３を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、センサ素子が先端側セパレータにどの第２の計測方向（つまり、径方向の３６０度すべての方向）で接近しても、Ｄ２＜Ｄ１の場合と同様、後端側セパレータが外筒の内周面に先に衝突して第２の計測方向のブレを吸収する。従って、センサ素子が破損することをさらに抑制し、端子金具との電気的接続の信頼性をさらに向上させることができる。
なお、図中のＤ３１，Ｄ３２はＤ３に相当し、Ｄ４１，Ｄ４２はＤ４に相当する。

本発明のガスセンサにおいて、前記後端側セパレータは、前記端子金具、又は前記端子金具と前記軸線方向に連結する第２の端子金具を包囲し、前記第２の計測断面において、前記端子金具又は前記第２の端子金具と前記後端側セパレータとの最大距離をＤ５としたとき、Ｄ５＜Ｄ１を満たしてもよい。
このガスセンサによれば、Ｄ５＜Ｄ１とすることで、Ｄ１が縮まってセンサ素子が先端側セパレータに接近し、後端側セパレータもブレたときに、後端側端子金具が後端側セパレータといっしょに動くので、後端側端子金具の破損や変形を抑制できる。一方、Ｄ５＞Ｄ１の場合、Ｄ１が縮まってセンサ素子が先端側セパレータに接近し、後端側セパレータもブレたときに、後端側端子金具が後端側セパレータ内で慣性により反対方向にブレてしまい、後端側端子金具が破損や変形するおそれがある。

本発明のガスセンサにおいて、前記後端側セパレータに対向する前記外筒の外側に、防水性を有する通気フィルタが配置されていてもよい。
上述のように、本発明は、後端側セパレータが外筒に保持されなくても先端側セパレータの径方向のブレを吸収する。このため、このガスセンサによれば、通気フィルタと外筒との間に、大気の流れを阻害する部材（例えば、後端側セパレータを外筒に保持する保持金具や、外筒を加締めて縮径させた加締め部）を介在させる必要がなく、ガスセンサ内部への大気の導入を安定して行える。

この発明によれば、ガスセンサが先端側セパレータと後端側セパレータを有する場合に、センサ素子の破損を抑制し、センサ素子と端子金具との電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。センサ素子の斜視図である。先端側端子金具を先端側セパレータに保持した状態を示す斜視図である。先端側端子金具を先端側セパレータに保持した状態を示す断面図である。後端側端子金具を後端側セパレータに保持した状態を示す斜視図である。先端側端子金具に後端側端子金具を接続した状態を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う先端側セパレータ及び後端側セパレータの断面図である。先端側セパレータと後端側セパレータの軸心が大きくずれた場合の、第２の計測断面における後端側セパレータの断面図である。端子金具の変形例を示す部分断面図である。従来の分割タイプのセパレータを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の軸線Ｏ方向に沿う全体断面図、図２はセンサ素子１０の斜視図，図３は先端側端子金具２０、３０を先端側セパレータ９０に保持した状態を示す斜視図、図４は先端側端子金具２０、３０を先端側セパレータ９０に保持した状態を示す断面図、図５は後端側端子金具４０を後端側セパレータ９５に保持した状態を示す斜視図、図６は先端側端子金具２０に後端側端子金具４０を接続した状態を示す斜視図を示す。
このガスセンサ１は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するＮＯｘセンサである。

図１において、ガスセンサ１は、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、軸線Ｏ方向（ガスセンサ１の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子１０と、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、自身の先端側の内部空間に、センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセラミック製筒状の先端側セパレータ９０と、先端側セパレータ９０を軸線Ｏ方向に貫通する挿通孔９０ｈ（９０ｈ１、９０ｈ２）に挿通されて保持される６個の先端側端子金具２０、３０（図１では、２個の先端側端子金具２０のみを図示）と、セラミック製筒状の後端側セパレータ９５と、後端側セパレータ９５に保持される６個の後端側端子金具４０（図１では、２個のみを図示）と、を備えている。

又、後端側セパレータ９５は、先端側セパレータ９０の後端側に同軸に配置され、先端側セパレータ９０に直接接して連結されている。
ここで、「同軸」とは、先端側セパレータ９０及び後端側セパレータ９５の軸心同士が製造公差の範囲内で一致することをいう。具体的には、組付け時の誤差によって軸心にわずかなずれが生じて、後端側セパレータ９５を挟んでＤ２と反対側に、Ｄ２よりも大きい寸法差であるＤｍａｘが生じたとしても、Ｄｍａｘ＜Ｄ１であればよい。
先端側端子金具２０、３０が特許請求の範囲の「端子金具」に相当し、後端側端子金具４０が特許請求の範囲の「第２の端子金具」に相当する。

なお、図４に示すように、先端側セパレータ９０の各挿通孔９０ｈ１、９０ｈ２は、先端側セパレータ９０の先端側で上述の内部空間に連通し、各挿通孔９０ｈ１、９０ｈ２に保持された各先端側端子金具２０、３０がセンサ素子１０の後端側の外表面に対向し、この外表面に形成された電極パッド（電極部）１１ａに電気的に接続される。
また、図２に示すように、電極パッド１１ａは、センサ素子１０の後端側の両面にそれぞれ幅方向に３つ並でいる。具体的には、センサ素子１０の後端側の幅方向中央に１つの電極パッド１１ａが配置され、その先端側に２つの電極パッド１１ａが幅方向に離間して配置されている。
各電極パッド１１ａは、例えばＰｔを主体とする焼結体として形成することができる。
一方、センサ素子１０の先端のガス検出部１１は、アルミナ等の多孔質保護層１４で覆われている。

主体金具１３８は、ステンレスから構成され、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。この貫通孔１５４には、センサ素子１０の先端部を自身の先端よりも突出させるように当該センサ素子１０が配置されている。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。

なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で略環状形状のアルミナ製のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３（以下、滑石リング１５３ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。
また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。

一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重のプロテクタである、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が溶接等によって取り付けられている。

主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、後端側端子金具４０の後端側にはそれぞれリード線１４６が接続され、リード線１４６は後端側セパレータ９５の後端側へ引き出されている。
そして、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、後端側セパレータ９５から引き出された６本のリード線１４６（図１では２本のみを表示）が挿通されるリード線挿通孔１７０ｈが形成された、ゴム製の弾性部材であるグロメット１７０が配置されている。

また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、先端側セパレータ９０が配置され、外表面から径方向外側に突出する鍔部９０ｐが備えられている。先端側セパレータ９０は、鍔部９０ｐが保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に保持される。保持部材１６９は、外筒１４４の第１加締め部１４４ｓ１にて外筒１４４ごと加締められ、外筒１４４に固定されている。
ここで、保持部材１６９の内面には径方向に撓む複数の弾性片を有し、先端側セパレータ９０はこの弾性片によって保持されることで、外筒１４４の内部に弾性的に保持される。
又、グロメット１７０と先端側セパレータ９０の間に後端側セパレータ９５が配置され、グロメット１７０の弾性力により後端側セパレータ９５が先端側セパレータ９０を先端側へ押圧する。これにより、鍔部９０ｐが保持部材１６９側へ押し付けられ、先端側セパレータ９０及び後端側セパレータ９５は、外筒１４４の内部に互いに接続された状態で（つまり、軸線Ｏ方向に分離せずに）保持されている。

さらに、軸線Ｏ方向に先端側セパレータ９０の後端からグロメット１７０の先端にかけて、外筒１４４の外側に保護外筒１４５が被せられ、外筒１４４と保護外筒１４５の間には撥水性の通気フィルタ１８０が配置されている。
より、具体的には、外筒１４４の後端部の側面には、周方向に等間隔で４個（図１では２個のみ図示）の第１通気孔１４４ｈが開口し、外筒１４４内部へ外気を導入可能になっている。そして、外筒１４４の径方向外側には、第１通気孔１４４ｈを塞ぐように環状の通気フィルタ１８０が被せられ、さらに通気フィルタ１８０を径方向外側から保護外筒１４５が囲んでいる。保護外筒１４５の側面には周方向に等間隔で６個（図２では２個のみ図示）の第２通気孔１４５ｈが開口し、第２通気孔１４５ｈから通気フィルタ１８０の外面の一部が露出することで第２通気孔１４５ｈが通気フィルタ１８０に連通し、外気が通気フィルタ１８０を介して外筒１４４内部に導入されるようになっている。

通気フィルタ１８０は撥水性（防水性）を有し、例えばテフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂等の多孔質構造体からなり、撥水性（防水性）を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子１０に基準ガス（大気）を導入するようになっている。

そして、外筒１４４と保護外筒１４５は、第１通気孔１４４ｈ及び第２通気孔１４５ｈよりそれぞれ先後の２箇所で、通気フィルタ１８０を介して加締められ、先端側加締め部１４４ｓ３及び後端側加締め部１４４ｓ４が設けられている。
さらに、保護外筒１４５の先端は、先端側加締め部１４４ｓ３より先端の第２加締め部１４４ｓ２にて外筒１４４ごと加締められ、外筒１４４に固定されている。
なお、後端側セパレータ９５は外筒１４４と非接触となっていて、通気フィルタ１８０を介して導入された外気は、後端側セパレータ９５と外筒１４４の隙間Ｇからセンサ素子１０側へ流入する。

図３は先端側端子金具２０、３０を先端側セパレータ９０に保持した状態を示す斜視図である。図３の下側が先端Ｆに相当する。又、本実施形態では２つの種類の先端側端子金具２０、３０が合計６本用いられる。
なお、図４に示すように、４本の先端側端子金具３０はいずれも先端側セパレータ９０内で隣接する先端側端子金具３０同士が線対称の形状であり、２本の先端側端子金具２０はいずれも先端側セパレータ９０内で対向する先端側端子金具２０同士が線対称の形状である。

先端側端子金具２０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側端子金具４０に接続される接続部２３と、接続部２３の先端側に繋がる略板状の本体部２１と、本体部２１の先端側でセンサ素子１０に向かって折り返される弾性部２２と、を一体に備えている。
接続部２３は断面Ｃ字の円筒状をなし、この筒内に、先端が断面Ｃ字の円筒状の後端側端子金具４０の先端部４３（図６参照）が嵌挿されて接続される。この場合、先端側端子金具２０は後端側端子金具４０を介してリード線１４６に間接的に接続されることとなる。
弾性部２２は、本体部２１の先端からセンサ素子１０に向かって後端側へ折り返され、図２の後端側の１つの電極パッド１１ａに弾性的に接続する。なお、弾性部２２は、本体部２１に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
さらに、本体部２１には、先端側セパレータ９０の内壁等に係止される各種形状の保持部が形成されている。

又、先端側端子金具３０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側端子金具４０に接続される接続部３３と、接続部３３の先端側に繋がる略板状の本体部３１と、本体部３１の先端側でセンサ素子１０に向かって折り返される弾性部３２と、を一体に備えている。
接続部３３は、接続部２３と同様な円筒状をなし、接続部２３と同様、自身の筒内に後端側端子金具４０の先端部４３が嵌挿されて接続される。
弾性部３２は、本体部３１の先端からセンサ素子１０に向かって後端側へ折り返され、図２の先端側の２つの電極パッド１１ａに弾性的に接続する。なお、弾性部３２は、本体部３１に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
本体部３１は断面Ｌ字状になっていて、先端側セパレータ９０の内壁等に係止される各種形状の保持部が形成されている。
先端側端子金具２０、３０は、それぞれ例えば１枚の金属板（インコネル（登録商標）等）を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。

図４に示すように、先端側セパレータ９０は挿通孔９０ｈ１、９０ｈ２を有している。挿通孔９０ｈ２は、先端側セパレータ９０の四隅に配置され、挿通孔９０ｈ１は、センサ素子１０の幅方向に沿って２つの挿通孔９０ｈ２の間に位置する。
挿通孔９０ｈ１、９０ｈ２に、それぞれ先端側端子金具２０、３０が挿通され、先端側セパレータ９０内に保持される。
そして、先端側端子金具２０、３０が先端側セパレータ９０内に保持された状態で、接続部２３、３３が先端側セパレータ９０の後端側へ突出している（図３（ｂ））。

一方、図６に示すように、後端側端子金具４０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側から、リード線１４６に接続されるリード線接続部４７と、後端側セパレータ９５に保持される断面Ｃ字の円筒状の中央部４５と、断面Ｃ字の円筒状の先端部４３と、をこの順に一体に備えている。さらに、先端部４３と中央部４５との間は先端側頸部４９を介して一体に接続され、中央部４５とリード線接続部４７の間は後端側頸部４１を介して一体に接続されている。
後端側端子金具４０は、例えば１枚の金属板（ＳＵＳ３０４等）を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。

リード線接続部４７は筒状（圧着によるバレル形状）をなし、リード線１４６の先端の被覆を向いて露出させた芯線を挟み込み、圧着する（加締める）ことで芯線を外側から把持する。
先端部４３は円筒状をなし、先端に向かって尖っている。そして、接続部２３、３３の筒内に、先端部４３が嵌挿され、後端側端子金具４０が先端側端子金具２０、３０と電気的に接続されるようになっている。
中央部４５は、リード線接続部４７及び先端部４３よりも径大である。

そして、図５に示すように、後端側セパレータ９５は周方向に並ぶ６個の挿通孔９５ｈを有している。ここで、挿通孔９５ｈは先端Ｆ側が径大で、軸線Ｏ方向中央近傍で段状に縮径しており、この段部が先端向き面（図示せず）を形成している。
又、後端側セパレータ９５の先端向き面の外周側には、先端側に突出する２つの凸部９５ｐが形成されている。

そして、挿通孔９５ｈの先端側に予めリード線１４６を通し、後端側セパレータ９５の先端側でリード線１４６を後端側端子金具４０のリード線接続部４７に圧着して接続しておく。次に、挿通孔９５ｈに先端Ｆ側から後端側端子金具４０のリード線１４６側の一部を挿通してリード線１４６を後端側へ引き出すと、後端側端子金具４０の中央部４５の後端向き面が、後端側セパレータ９５の先端向き面に当接して位置決めされ、後端側端子金具４０が後端側セパレータ９５内に保持される。

ここで、図５に示すように、後端側端子金具４０の先端部４３が後端側セパレータ９５の先端向き面よりも突出している。
そして、図３に示した先端側セパレータ９０及び図５に示した後端側セパレータ９５を、凸部９５ｐを介してそれぞれ先端側と後端側に接して配置する。これにより、図６に示すように、後端側端子金具４０の先端部４３が、先端側端子金具２０の接続部２３に嵌挿されて互いに連結される。
凸部９５ｐは、先端側セパレータ９０の後端向き面、及び後端側セパレータ９５の先端向き面からそれぞれ突４５出した先端側端子金具２０及び後端側端子金具４０を軸線Ｏ方向に支持し、これら端子が先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５の間で潰れないようにしている。
なお、図示はしないが、先端側端子金具３０についても同様に、後端側端子金具４０の先端部４３が、先端側端子金具３０の接続部３３に嵌挿されて互いに連結される。
つまり、本実施形態では、後端側端子金具４０は、先端側端子金具３０を介してセンサ素子１０の電極パッド１１ａに間接的に電気的に接続されることになる。

次に、図７を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
図７は、図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面において先端側セパレータ９０及び後端側セパレータ９５の断面図であり、各断面を同じ向きに並べた図である。
図７（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ線に沿う（軸線Ｏ方向に直交する）断面である第１の計測断面Ｓ１において、センサ素子１０の外周面と先端側セパレータ９０の内周面との最小の寸法差（最小距離）をＤ１とする。そして、Ｄ１が計測される方向（Ｄ１の両端を結ぶ方向、図７では左右方向）を第１の計測方向Ｍ１とする。
ここで、図７（ａ）に示すように、Ｂ−Ｂ線に沿う（軸線Ｏ方向に直交する）断面である第２の計測断面Ｓ２において、第１の計測方向Ｍ１と平行な方向に沿って、後端側セパレータ９５の外周面と外筒１４４の内周面との最小の寸法差をＤ２とする。このＤ２は、第１の計測方向Ｍ１と平行であれば、必ずしも後端側セパレータ９５の外周面と外筒１４４の内周面との最小距離とは限らない。又、「外筒」とは、複数の外筒（外筒１４４、保護外筒１４５）を有する場合は、最も内側の部材をいう。
このとき、Ｄ２＜Ｄ１を満たすことが必要である。これは以下の理由による。

図１に示すように、ガスセンサ１が振動すると、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５とが同軸に連結されているために、保持金具１６９で外筒１４４に保持された先端側セパレータ９０の固定部位を支点として、後端側セパレータ９５が径方向Ｔにブレることがある。
そこで、Ｄ２＜Ｄ１とすれば、径方向Ｔのブレによってセンサ素子１０が先端側セパレータ９０に衝突する前に、後端側セパレータ９５が外筒１４４の内周面に当接して径方向Ｔのブレを吸収する。これにより、後端側セパレータ９５に連結した先端側セパレータ９０、ひいてはセンサ素子１０に径方向の応力が加わってセンサ素子１０が破損することを抑制し、端子金具２０，３０との電気的接続を維持し、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

このような観点からは、第１の計測断面Ｓ１としては、センサ素子１０が先端側セパレータ９０に最初に衝突する断面、つまり軸線Ｏ方向に直交する複数の断面のうち、センサ素子１０の外周面が先端側セパレータ９０の内周面に最も近づく断面を、図１の軸線Ｏ方向に沿う断面から選び出す。但し、本例では、先端側セパレータ９０の内孔が軸線Ｏ方向にストレートであるので、どの断面を第１の計測断面Ｓ１に採用しても構わない
なお、センサ素子１０が先端側セパレータ９０を通っていない部位は、第１の計測断面Ｓ１の対象から除外する。

同様に第２の計測断面Ｓ２としては、後端側セパレータ９５が外筒１４４の内周面に最初に衝突する断面、つまり軸線Ｏ方向に直交する複数の断面のうち、後端側セパレータ９５が外筒１４４の内周面に最も近づく断面を、図１の軸線Ｏ方向に沿う断面から選び出す。
本例では、後端側セパレータ９５は軸線Ｏ方向にストレートであるが、外筒１４４の後端側加締め部１４４ｓ４が最も径方向内側に位置するので、後端側加締め部１４４ｓ４における断面を第２の計測断面Ｓ２に採用する。

又、Ｄ２を第１の計測方向Ｍ１と平行な方向とする理由は、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５とが連結されているために、センサ素子１０が先端側セパレータ９０に最初に衝突するＤ１の方向と、Ｄ２の方向を揃えることで、センサ素子１０が先端側セパレータ９０の内周面に計測方向Ｍ１にブレて接近した際、後端側セパレータ９５が外筒１４４の内周面に先に接触してブレを吸収できるからである。
これに対し、仮にＤ２を計測方向Ｍ１と揃えない場合（例えば、Ｍ１と垂直な方向）、Ｄ１が計測方向Ｍ１に近接するのとＤ２が無関係であり、計測方向Ｍ１へのブレを有効に吸収できない。

又、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５が同軸に配置される必要がある理由は以下による。
つまり、図８に示すように、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５の軸心が大きくずれている場合、後端側セパレータ９５と外筒１４４の軸心もずれ、仮にＤ２＜Ｄ１を満たしても、後端側セパレータ９５を挟んでＤ２と反対側に、セパレータ９５と外筒１４４の間隔が大きく開いた寸法差Ｄｍａｘが生じる。
そうすると、後端側セパレータ９５がＤ２を狭める向きに外筒１４４に近接したときは上述のようにしてブレを吸収できるものの、Ｄｍａｘを狭める向きに外筒１４４に近接したときには、Ｄｍａｘ＞Ｄ１となるのでブレを有効に吸収できず、センサ素子１０が先端側セパレータ９０に先に衝突することを抑制できなくなるからである。

なお、図７に示すように、第１の計測断面Ｓ１において、センサ素子１０の外周面と先端側セパレータ９０の内周面との寸法差をＤ３とし、第２の計測断面Ｓ２において、Ｄ３が計測される第２の計測方向と平行な方向に沿って、後端側セパレータ９５の外周面と外筒１４４の内周面との最小の寸法差をＤ４としたとき、いずれの第２の計測方向においても、Ｄ４＜Ｄ３を満たすとよい。
ここで、例えば、Ｄ３として図７の上下方向である第２の計測方向Ｍ３１に沿って計測されたＤ３１に対し、Ｄ４として第２の計測方向Ｍ３１と平行な方向に沿ってＤ４１が規定される。同様に、Ｄ３として図７の斜め方向である第２の計測方向Ｍ３２に沿って計測されたＤ３２に対し、Ｄ４として第２の計測方向Ｍ３２と平行な方向に沿ってＤ４２が規定される。

このとき、Ｄ４１＜Ｄ３１，かつＤ４２＜Ｄ３２である。これを第１の計測断面Ｓ１におけるすべての第２の計測方向で満たせば、センサ素子１０が先端側セパレータ９０にどの第２の計測方向（つまり、径方向の３６０度すべての方向）で接近しても、後端側セパレータ９５が外筒１４４の内周面に先に衝突して第２の計測方向のブレを吸収する。従って、センサ素子１０が破損することをさらに抑制し、端子金具２０，３０との電気的接続の信頼性をさらに向上させることができる。

なお、図７において、後端側セパレータ９５の各挿通孔９５ｈが後端側端子金具４０を包囲している。ここで、第２の計測断面Ｓ２において、後端側端子金具４０と後端側セパレータ９５（挿通孔９５ｈ）との最大距離をＤ５としたとき、Ｄ５＜Ｄ１を満たすとよい。
Ｄ５＜Ｄ１とすることで、Ｄ１が縮まってセンサ素子１０が先端側セパレータ９０に接近し、後端側セパレータ９５もブレたときに、後端側端子金具４０が後端側セパレータ９５といっしょに動くので、後端側端子金具４０の破損や変形を抑制できる。一方、Ｄ５＞Ｄ１の場合、Ｄ１が縮まってセンサ素子１０が先端側セパレータ９０に接近し、後端側セパレータ９５もブレたときに、後端側端子金具４０が後端側セパレータ９５内で慣性により反対方向にブレてしまい、後端側端子金具４０が破損や変形するおそれがある。

又、本発明は、後端側セパレータ９５に対向する外筒１４４の外側に、防水性を有する通気フィルタ１８０が配置されている場合にさらに有効である。
上述のように、本発明は、後端側セパレータ９５が外筒１４４に保持されなくても先端側セパレータ９０の径方向のブレを吸収する。このため、通気フィルタ１８０と外筒１４４との間に、大気の流れを阻害する部材（例えば、後端側セパレータ９５を外筒１４４に保持する保持金具や、外筒１４４を加締めて縮径させた加締め部）を介在させる必要がなく、ガスセンサ１内部への大気の導入を安定して行える。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。

後端側セパレータは先端側セパレータに間接的に連結されてもよく、このような例としては、図９に示すように、１個の端子金具５０の軸線Ｏ方向の異なる２か所にフランジ５０ｆ１、５０ｆ２を設け、フランジ５０ｆ１、５０ｆ２間を剛性のある筒状とする。そして、フランジ５０ｆ１にて先端側セパレータ９０の後端向き面を保持し、フランジ５０ｆ２にて後端側セパレータ９８の後端向き面を保持し、後端側セパレータ９８と先端側セパレータ９０とを軸線方向に隙間を設けて連結する形態が挙げられる。

後端側セパレータと先端側セパレータの形状等は上記実施形態に限定されない。又、図８のように、１個の端子金具５０が後端側セパレータと先端側セパレータとに配置されてもよい。
後端側セパレータに包囲される端子金具は、必ずしも後端側セパレータに保持されていなくてもよく、後端側セパレータの挿通孔に遊嵌（離間）していてもよい。
又、ガスセンサとしては、ＮＯｘセンサの他、酸素センサ、全領域ガスセンサが挙げられる。

１ガスセンサ
１０センサ素子
１１ａ電極部（電極パッド）
２０、３０端子金具（先端側端子金具）
４０第２の端子金具（後端側端子金具）
５０１個の端子金具
９０先端側セパレータ
９５，９８後端側セパレータ
１３８主体金具
１４４外筒
１８０通気フィルタ
Ｓ１第１の計測断面
Ｓ２第２の計測断面
Ｍ１第１の計測方向
Ｍ２，Ｍ３第２の計測方向
Ｏ軸線

Claims

軸線方向に延びる板状をなし、後端側の外表面に電極部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の周囲を取り囲んで前記センサ素子を保持する主体金具と、
前記電極部に電気的に接続される端子金具と、
前記端子金具を保持すると共に、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の先端側セパレータと、
前記先端側セパレータの後端側に同軸に配置され、前記先端側セパレータと直接又は間接的に連結される後端側セパレータと、
前記主体金具の後端側に固定され、前記先端側セパレータ及び前記後端側セパレータを包囲する外筒と、
を備えたガスセンサであって、
前記先端側セパレータが前記外筒に弾性的に保持され、前記後端側セパレータが前記外筒に保持されず、
前記軸線方向に直交する第１の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との最小の寸法差をＤ１とし、
前記軸線方向に直交する第２の計測断面において、前記Ｄ１が計測される第１の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をＤ２としたとき、
Ｄ２＜Ｄ１を満たすことを特徴とするガスセンサ。
前記第１の計測断面において、前記センサ素子の外周面と前記先端側セパレータの内周面との寸法差をＤ３とし、
前記第２の計測断面において、前記Ｄ３が計測される第２の計測方向と平行な方向に沿って、前記後端側セパレータの外周面と前記外筒の内周面との最小の寸法差をＤ４としたとき、
いずれの前記第２の計測方向においても、Ｄ４＜Ｄ３を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
前記後端側セパレータは、前記端子金具、又は前記端子金具と前記軸線方向に連結する第２の端子金具を包囲し、
前記第２の計測断面において、前記端子金具又は前記第２の端子金具と前記後端側セパレータとの最大距離をＤ５としたとき、
Ｄ５＜Ｄ１を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
前記後端側セパレータに対向する前記外筒の外側に、防水性を有する通気フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ。