ガスセンサ

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	ガスセンサ
【発明者】	【氏名】松尾康司【氏名】石川聡
【要約】	【課題】排気ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセンサにおいて、外部から衝撃を受けても検出素子が破損しにくくする。【解決手段】酸素センサ２は、絶縁保護体１０４の先端側にフレーム付きパッキン１０を備える。フレーム付きパッキン１０は、パッキン本体１２と、波状のフレーム１４からなり、パッキン本体１２は、絶縁保護体１０４と碍管１１６との間に配置され、フレーム１４が、絶縁保護体１０４と検出素子１０６の突出部分１０６ｃとの間に配置される。このように構成された酸素センサ２では、外部から振動等の衝撃を受けた際には、フレーム付きパッキン１０のフレーム１４が衝撃に応じて弾性変形して衝撃（振動）自体を吸収するように動作する。このため、検出素子１０６の突出部分１０６ｃに無理な力が加わるのが防止でき、突出部分１０６ｃが折れてしまうのを防止できる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】セラミックス製の積層基板からなり、測定対象となるガスに向けられる検出部が一端側に形成された長尺状の検出素子と、前記検出素子の前記検出部側を突出させた状態で該検出素子を筒内に保持する筒状の主体金具と、前記検出素子の前記検出部側を突出させると共に、該検出素子を位置決めして前記主体金具の筒内に保持するために、該主体金具の筒内に固定される固定具と、を備え、前記主体金具の筒内に、前記固定具から突出された前記検出素子の前記検出部側の外壁に当接して、該検出素子に加わる衝撃を吸収するための金属製の緩衝部材を配置したことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】前記固定具は、セラミックス製材料を所定形状に成形した後、焼結することにより形成される筒状のセラミックホルダであって、前記緩衝部材は、該セラミックホルダの開口部内壁と、前記検出素子の外壁との間に配置され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】前記緩衝部材は、前記主体金具の開口部内壁と、前記検出素子の外壁との間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】前記緩衝部材は、前記検出素子の外壁の内、前記積層基板の積層面に平行な外壁に当接するように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１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】前記緩衝部材は、金属板にて波板状に形成され、波の振幅方向側の面が前記検出素子の外壁に当接するように配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】前記緩衝部材は、円盤状の金属板から切り起こされた突片から形成されていることを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の内燃機関等の排気管に取り付けられて、排気管中を流通する排気ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、上記ガスセンサとしては、例えば、図８に示すような酸素センサ１００が知られている（特開平１０－２５８２０３号公報等参照）。即ち、酸素センサ１００は、排気管に固定するためのねじ部１０２ａが外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、主体金具１０２の筒内に配置された筒状の絶縁保護体１０４と、一端（図中下方）が突出した状態で絶縁保護体１０４の筒内に挿入され、酸素イオン伝導性固体電解質体からなる長板状の酸素濃淡電池素子１０６ａを備えた断面長方形状の検出素子１０６とを備えている。尚、検出素子１０６には、酸素濃淡電池素子を活性化させるためのヒータ１０６ｂが積層されて形成されている。
【０００３】そして、検出素子１０６は、絶縁保護体１０４から突出した突出部分１０６ｃには検出部１０６ｄが形成され、後端側には検出部１０６ｄにて生じた酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すための複数（図中では、５本）の取り出し線１０８が取り付けられ、各取り出し線１０８は、それぞれリードフレーム１１０の一端に接続されている。また、リードフレーム１１０の他端は、接続端子１１２を介してリード線１１４に接続され、このリード線１１４を介して酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すことができる。
【０００４】一方、絶縁保護体１０４の先端側筒内（図中下方）には、検出素子１０６を保持するための碍管１１６が配置され、更に、検出素子１０６と碍管１１６との間の上部に形成された空間に、接合セメント材１１８が充填されることにより、碍管１１６と検出素子１０６とが固定されている。
【０００５】また、絶縁保護体１０４の後端側筒内において碍管１１６の上部には、滑石とガラス材との混合粉末を溶融・固化して形成された第１充填層１２０及び第２充填層１２２が下方から順に配置され、これにより、一部取り出し線１０８を含んだ状態で、絶縁保護体１０４と検出素子１０６とが固定されている。ここで、第１充填層１２０では、混合粉末全体の重量の内でガラス材の重量が占める割合が、例えば１２％であり、第２充填層１２２では、例えば５０％である。
【０００６】更に、第２充填層１２２の上部には、ガラス粉末を溶融・固化して形成されたガラス層１２４が形成され、これにより、取り出し線１０８の一部及びリードフレーム１１０の一部（図中下端側）を含んだ状態で、絶縁保護体１０４の筒内後端側が封止されている。
【０００７】また、主体金具１０２の先端側外周には、検出素子１０６の突出部分１０６ｃを覆うと共に、金属製で、複数の孔部を有する二重のプロテクタ１２６ａ，１２６ｂが溶接等によって取り付けられている。そして、主体金具１０２と絶縁保護体１０４とは板パッキン１２８及び滑石層１３０を介して嵌合している。更に、絶縁保護体１０４には、滑石層１３０を封止する加締リング１３２が外嵌され、この加締リング１３２には、絶縁保護体１０４を内挿する外筒１３４が外嵌している。そして、外筒１３４には、リング１３６が外嵌され、そのリング１３６を覆うようにして、主体金具１０２の先端側（図中下方）が加締られており、その結果、主体金具１０２と外筒１３４とが連結され、絶縁保護体１０４が主体金具１０２に固定されている。
【０００８】一方、外筒１３４の後端側には、保護外筒１３８が加締によって連結され、その保護外筒１３８に内嵌されるグロメット１４０により、接続端子１１２及びリード線１１４が保持されている。このように、構成された酸素センサ１００では、外部から振動等の衝撃を受けた場合には、主として第１充填層１２０及び第２充填層１２２にて、その衝撃をある程度吸収できるようになる。このため、外部から衝撃を受けても、少なくとも第１充填層１２０及び第２充填層１２２にて覆われている検出素子１０６の部分が、破損してしまうのを防止できるようになった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、検出素子１０６において、碍管１１６や接合セメント材１１８によって固定された部分では、外部から受けた衝撃が伝達されやすく、これによって、特に碍管１１６から突出した先端部分（即ち、検出部１０６ｄが形成された端部側の部分）全体が共振しやすくなる。
【００１０】このため、検出素子１０６の先端部分の根本付近にひび割れが生じたり、或いは、根本付近から折れて破損してしまうおそれがあった。本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、排気ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセンサにおいて、外部から衝撃を受けても検出素子が破損しにくくすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段，発明の効果】かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、セラミックス製の積層基板からなり、測定対象となるガスに向けられる検出部が一端側に形成された長尺状の検出素子と、前記検出素子の前記検出部側を突出させた状態で該検出素子を筒内に保持する筒状の主体金具と、前記検出素子の前記検出部側を突出させると共に、該検出素子を位置決めして前記主体金具の筒内に保持するために、該主体金具の筒内に固定される固定具と、を備え、前記主体金具の筒内に、前記固定具から突出された前記検出素子の前記検出部側の外壁に当接して、該検出素子に加わる衝撃を吸収するための金属製の緩衝部材を配置したことを特徴とする。
【００１２】即ち、本発明（請求項１）のガスセンサでは、振動等の衝撃を外部から受けても、衝撃に応じて金属製の緩衝部材が検出素子の外壁に当接することにより、検出素子に加わる衝撃を吸収するようになるため、検出素子に衝撃が伝達されるのを防止することができる。これにより、当該ガスセンサが外部から衝撃を受けても、その衝撃により検出素子が破損するのを防止することができる。
【００１３】そして、緩衝部材は、検出素子の外壁に当接させた状態で主体金具の筒内に配置することが重要であるが、具体的には、例えば、請求項２に記載のように、固定具を、セラミックス製材料を所定形状に成形した後、焼結することにより形成される筒状のセラミックホルダとし、このセラミックホルダの開口部内壁と、検出素子の外壁との間に緩衝部材を配置するようにしてもよく、または、請求項３に記載のように、主体金具の開口部内壁と、検出素子の外壁との間に緩衝部材を配置するようにしてもよい。
【００１４】このようにすれば、外部から受けた衝撃が緩衝部材に吸収されるため、検出素子の検出部側に衝撃が伝達されるのを防止することができる。これにより、当該ガスセンサ（請求項２，３に記載のガスセンサ）が外部から衝撃を受けても、主体金具の筒内に検出部側が突出した状態で保持された検出素子における当該検出部側が、その衝撃により破損してしまうのを防止することができる。
【００１５】また、緩衝部材を配置する際には、請求項４に記載のように、検出素子の外壁の内、積層基板の積層面に平行な外壁に当接するようにするとよい。即ち、検出素子では、積層基板の積層面に垂直な方向に沿って振動し易いことが知られている。そこで、本発明（請求項４）のようにすれば、外部から受けた衝撃に応じて上記のように緩衝部材が変形して、検出素子に衝撃が伝達されるのを防止することができるだけでなく、万が一、衝撃が検出素子に伝達したとしても、その衝撃力は、各積層基板の板面にて受け止められる結果、各積層基板同士を押さえ合うように働くことになる。
【００１６】このため、外部からの衝撃を受けても、検出素子が振動（共振）するのを防止することができる。しかも、このように衝撃が吸収されるため、各積層基板が積層面に沿って剥がれたりするのを防止することも可能となる。ところで、金属製の緩衝部材としては、例えば、単に板状に形成し、端部等の一部を検出素子の外壁に当接させる等して、外部から衝撃を受けた際には、板自体を撓ませて弾性変形させることにより、その衝撃吸収させるようにしてもよい。或いは、長尺状で薄い金属片を複数からめ合わせるようにして、いわば市販の「マグネシウム製たわし」のような集合体を形成して、この集合体全体として弾性を持たせるようにしてもよい。しかしながら、このように緩衝部材を単に板状に形成した場合や集合体に形成した場合には、検出素子の外壁に当接した状態で主体金具の筒内に配置させるのが難しい。
【００１７】そこで、緩衝部材を、請求項５に記載のように、金属板にて波板状に形成し、波の振幅方向側の面が検出素子の外壁に当接するように配置するのが好ましい。このようにすれば、緩衝部材を例えば波の振幅が小さくなるように弾性変形させることができ、その際の復元力を利用して検出素子の外壁にしっかりと当接させることができる。しかも、緩衝部材をこのように波の振幅方向に弾性変形させることにより、簡単に主体金具の筒内に配置させることができる。また、このように構成された緩衝部材は、外部から受けた衝撃に応じて、波の振幅が小さくなったり、或いは復元するように動作して変形できるようになるため、衝撃を確実に吸収させることができる。
【００１８】そして、緩衝部材を特に板状に形成するには、例えば、請求項６に記載のように、円盤状の金属板から切り起こされた突片から形成するようにしてもよい。このようにすれば、緩衝部材を主体金具の筒内に配置するのと同時に、突片以外の円盤状の金属板の部分を、例えば、主体金具と固定具との間等に配置させることができる。また、緩衝部材を形成するには、金属板から突片を切り起こすだけでよいため、当該緩衝部材を形成するのが極めて簡単である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に本発明を具体化した各実施例（第１実施例，第２実施例）を図面と共に説明する。尚、各実施例では本発明をガスセンサの一種である酸素センサに適用した。
【００２０】（第１実施例）図１は、本実施例の酸素センサ２の全体構成を示す断面図であり、図２は検出素子１０６の先端部分側の周囲の構造、及び、酸素センサ２が備えるフレーム付きパッキン１０の概略構成を示す説明図である。尚、酸素センサ２は、図８に示した酸素センサ１００とは、検出素子１０６の先端部分側周囲の構造が異なり、その他の部分は同様に構成されている。ここでは、図８に示した酸素センサ１００と共通する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２１】即ち、酸素センサ２は、絶縁保護体１０４の筒内先端側にフレーム付きパッキン１０を備える。フレーム付きパッキン１０は、図２（ｂ）の側面図や、図２（ｂ）中の矢印Ａ方向から当該パッキン１０を見た底面図である図２（ｃ）に示すように、検出素子１０６を挿通するための略長方形状の挿通孔１２ａが中央部分に穿設され、上方に向けて外側に開くすり鉢状のパッキン本体１２と、パッキン本体１２の挿通孔１２ａの長手方向両端部から下方に突出した波状を呈するフレーム１４とを備える。また、フレーム付きパッキン１０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやＳＵＳ３１０等のステンレス鋼にて全体が一体形成されている。
【００２２】ここで、フレーム付きパッキン１０を形成するには、例えば、まず、円盤状のステンレス板（インコネル製の板）１０’の中央部分に、図２（ｄ）に示すように、「エ」状の切り込み（実線部分）を入れて、図中左右側から延びる二枚の突片１４’を形成し、その突片１４’をそれぞれ円盤状のステンレス板１０’の板面に対して垂直となるように、折り曲げ線に沿って下方に向けて折り曲げる。そして、突片１４’を波状に変形させ、他方、円盤状のステンレス板１０’の他の部分をすり鉢状となるように変形させる。これにより、二枚の突片１４’が波状を呈するフレーム１４となり、フレーム１４を形成するために切り取られた部分が挿通孔１２ａとなり、すり鉢状に変形した部分がパッキン本体１２となり、フレーム付きパッキン１０が完成する。
【００２３】そして、フレーム付きパッキン１０は、図２（ａ）に示すように、まず、検出素子１０６において酸素濃淡電池素子１０６ａとヒータ１０６ｂとが積層される積層面に平行な外壁面に、フレーム１４が当接するようにして、挿通孔１２ａに検出素子１０６が挿通される。次いで、絶縁保護体１０４の開口部側（図中下方）内壁と、検出素子１０６の外壁との間に、フレーム１４を配置した状態で、パッキン本体１２の部分が絶縁保護体１０４の筒内先端側に配置される。このとき、フレーム１４の波の振幅方向側の面が、検出素子１０６の外壁及び絶縁保護体１０４の内壁に当接するように配置される。ここで、絶縁保護体１０４は、請求項記載の「固定具」に相当する。
【００２４】尚、パッキン本体１２の上方には碍管４が配置され、検出素子１０６と碍管１１６との間の上部に形成された空間に、接合セメント材１１８が充填されることにより、碍管１１６と検出素子１０６とが固定されている。そして、このように構成された酸素センサ２では、外部から振動等の衝撃を受けた際には、その衝撃が主体金具１０２，絶縁保護体１０４，碍管１１６等を介して検出素子１０６の突出部分１０６ｃに伝達するようになるが、フレーム付きパッキン１０のフレーム１４がこの衝撃に応じて弾性変形して衝撃（振動）自体を吸収するように動作するため、検出素子１０６の突出部分１０６ｃが共振してしまうのを回避できる。
【００２５】また、フレーム付きパッキン１０のパッキン本体１２が、絶縁保護体１０４と碍管１１６との間に配置されているため気密性が向上し、これら絶縁保護体１０４と碍管１１６との間を介して排気ガスが内部に流入するのを防止することができる。
【００２６】更にまた、パッキン本体１２を配置することにより、絶縁保護体１０４に伝達された衝撃を、このパッキン本体１２にて一部吸収できるようになるため、碍管１１６に衝撃が伝達してしまうのを少しでも防止でき、ひいては、検出素子１０６の突出部分１０６ｃに衝撃が伝達するのを防止できる。
【００２７】従って、本実施例の酸素センサ２では、外部から衝撃を受けても、フレーム付きパッキン１０のフレーム１４が衝撃に応じて弾性変形するため、受けた衝撃を吸収でき、この結果、検出素子１０６の突出部分１０６ｃに無理な力が加わるのが防止でき、突出部分１０６ｃが折れてしまうのを防止できる。
【００２８】（第２実施例）図３は、本実施例の酸素センサ２０の全体構成を示す断面図であり、図４は、酸素センサ２０が備える検出素子２４の突出部分２４ｂ側の周囲の構造、及び、酸素センサ２０が備えるフレーム付きパッキン６０の概略構成を示す説明図である。
【００２９】即ち、酸素センサ２０は、排気管に固定するためのねじ部２２ａが外表面に形成された筒状の主体金具２２と、主体金具２２の筒内に挿入される断面長方形状の検出素子２４と、検出素子２４を保持するために主体金具２２の筒内に積層されるセラミックホルダ２６、タルク粉末２８、及び、セラミックスリーブ３０と、検出素子２４に接続された複数（本実施例では４本）の長板状のリードフレーム３２とを備え、更に、主体金具２２の先端側筒内（図中下方）には、後述するフレーム付きパッキン６０が配置されている。この内、セラミックホルダ２６及びセラミックスリーブ３０は、検出素子２４を挿通するための挿通孔が中央部分に穿設されている。
【００３０】そして、検出素子２４は、それぞれ長板状に形成された酸素濃淡電池素子３４と、酸素濃淡電池素子を活性化させるためのヒータ３６とが積層されて形成された公知のものである。尚、酸素濃淡電池素子３４は、例えば、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体により形成されている。また、ヒータ３６は、例えば、導電性セラミックからなる抵抗発熱体パターンをセラミック基体中に埋設したものである。そして、酸素濃淡電池素子３４の先端側（図中下方）には、検出部２４ａが形成されている。
【００３１】また、酸素濃淡電池素子３４の長手方向に沿った後端側の板面（図中右上方）には、検出部２４ａにて検出された酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すための二つの電極端子３８が間隔を空けて配置され、一方、ヒータ３６の長手方向に沿った後端側の板面（図中左上方）には、抵抗発熱体パターンに電力を供給するための二つの電極端子４０が間隔を空けて配置されている。尚、酸素濃淡電池素子３４とヒータ３６とは、セラミック（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック）層を介して互いに接合される。
【００３２】そして、検出素子２４は、フレーム付きパッキン６０，セラミックホルダ２６，タルク粉末２８，セラミックスリーブ３０等を介して主体金具２２の筒内に固定され、しかも、タルク粉末２８の下部中央から、セラミックホルダ２６の筒内を介して、その検出部２４ａ側を下方に突出させた状態で固定される。
【００３３】ここで、フレーム付きパッキン６０は、図４（ｂ）の側面図や、図４（ｂ）中の矢印Ｂ方向から当該パッキン６０を見た底面図である図４（ｃ）に示すように、検出素子２４を挿通するための略長方形状の挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体６２と、パッキン本体６２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から上方に突出した波状のフレーム６４とを備える。また、フレーム付きパッキン６０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやＳＵＳ３１０等のステンレス鋼にて全体が一体形成されている。
【００３４】そして、フレーム付きパッキン６０を形成するには、上記した第１実施例のフレーム付きパッキン１０の場合と同様にして、例えば、まず、円盤状のステンレス板（インコネル製の板）６０’の中央部分に、図４（ｄ）に示すように、切り込み（実線部分）を入れて、図中左右側から延びる二枚の突片６４’を形成し、その突片６４’をそれぞれ円盤状のステンレス板６０’の板面に対して垂直となるように上方に向けて折り曲げる。そして、突片６４’を波状に変形させればよい。これにより、二枚の突片６４’が波状のフレーム６４となり、フレーム６４を形成するために切り取られた部分が挿通孔６２ａとなり、その他の部分がパッキン本体１２となり、フレーム付きパッキン６０が形成される。
【００３５】また、フレーム付きパッキン６０は、図４（ａ）に示すように、そのフレーム６４を上方に向けた状態で主体金具２２の筒内下方の内面に配置される。更に、タルク粉末２８から突出した検出素子２４の突出部分２４ｂにおいて、酸素濃淡電池素子３４とヒータ３６とが積層される積層面に平行な外壁面にフレーム６４が当接するように、挿通孔６２ａに検出素子２４が挿通され、パッキン本体６２上にセラミックホルダ２６が載置され、更にまた、セラミックホルダ２６上に、タルク粉末２８とセラミックスリーブ３０等が順に配置される。そして、特に、検出素子２４の電極端子（電極端子３８，４０）が形成された側の端部側の周囲が、セラミックスリーブ３０に覆われる。
【００３６】つまり、セラミックホルダ２６の内壁と検出素子２４の外壁との間には、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４が配置され、主体金具２２の筒内下方の内面とセラミックホルダ２６の下端面との間には、パッキン本体６２が配置される。また、このとき、フレーム６４の波の振幅方向側の面が、検出素子２４の外壁及び主体金具２２のの内壁に当接するように配置される。
【００３７】一方、図３に戻り、セラミックスリーブ３０の後端側周囲の端面上には、加締リング４２が配置され、主体金具２２の後端部を、この加締リング４２を介してセラミックスリーブ３０側に加締めることにより、タルク粉末２８が加圧充填され、この結果、検出素子２４、セラミックホルダ２６、セラミックスリーブ３０と主体金具２２とが固定される。
【００３８】そして、主体金具２２の後端側外周には、外筒４４が溶接等により固定されている。また、外筒４４の後端開口部（図中上方）には、検出素子２４にて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すためのリード線４６が挿通されるリード線挿通孔が形成されたセラミックセパレータ４８とグロメット５０とが配置されている。更にまた、主体金具２２の先端側外周には、検出素子２４の突出部分２４ｂを覆うと共に、金属製で、複数の孔部を有する二重のプロテクタ５２ａ，５２ｂが溶接等によって取り付けられている。
【００３９】ところで、検出素子２４の後端側周囲には、リードフレーム３２が配置される。このリードフレーム３２は、外観が略Ｌ字状を呈するように形成されている。即ち、リードフレーム３２は、フレーム本体５４と、フレーム本体５４の一端側が折り曲げられて形成された折曲部５６と、フレーム本体５４の折曲部５６側に形成された波状部分５８とを備える。また、リードフレーム３２は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネル等のステンレス鋼にて形成されている。
【００４０】そして、このように構成されたリードフレーム３２は、セラミックスリーブ３０の挿通孔に、そのフレーム本体５４と波状部分５８の部分とが配置され、この状態の挿通孔に検出素子２４が挿通される。ここで、リードフレーム３２を配置する際には、検出素子２４の電極端子３８，４０に、波状部分５８を当接させると共に、折曲部５６をセラミックスリーブ３０の下端面に当接させるようにする。また更に、フレーム本体５４の折曲部５６とは反対側の端部（図中上方）をセラミックスリーブ３０から突出させた状態で配置する。
【００４１】このように構成された酸素センサ２０では、セラミックスリーブ３０から突出したリードフレーム３２のフレーム本体５４の端部（図中上方）に、リード線４６が抵抗溶接により固定される。つまり、酸素センサ２０では、リード線４６及びリードフレーム３２を介して、検出素子２４にて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すことができる。
【００４２】また、外部から振動等の衝撃を受けた際には、その衝撃が主体金具２２，セラミックホルダ２６等を介して、検出素子２４の突出部分２４ｂに伝達するようになるが、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４がこの衝撃に応じて弾性変形して衝撃（振動）自体を吸収するように動作するため、検出素子２４の突出部分２４ｂが共振してしまうのを回避できる。
【００４３】また、フレーム付きパッキン６０のパッキン本体６２が、主体金具２２とセラミックホルダ２６との間に配置されているため気密性が向上し、これら主体金具２２とセラミックホルダ２６との間を介して排気ガスが内部に流入するのを防止することができる。更にまた、パッキン本体６２を配置することにより、主体金具２２に伝達された衝撃を、このパッキン本体６２にて一部吸収できるため、セラミックホルダ２６に衝撃が伝達してしまうのを少しでも低減でき、ひいては、検出素子２４の突出部分２４ｂに衝撃が伝達するのを少しでも低減できる。
【００４４】このため、本実施例の酸素センサ２０では、外部から衝撃を受けても、フレーム付きパッキン６０のフレーム６４が衝撃に応じて弾性変形するため、受けた衝撃を吸収できる。この結果、検出素子２４の突出部分２４ｂに無理な力が加わるのを防止でき、従って、突出部分２４ｂが破損してしまうのを防止できる。
【００４５】一方、セラミックスリーブ３０の挿通孔の内壁と検出素子２４との間には、リードフレーム３２の波状部分５８が配置されており、この波状部分５８は検出素子２４やセラミックスリーブ３０からの圧力を受けて弾性変形するようになる。この結果、セラミックスリーブ３０と、検出素子２４（検出素子２４の電極端子）との間の隙間が無くなるように密着して、検出素子２４がセラミックスリーブ３０にしっかりと固定される。しかも、外部から衝撃を受けても、この波状部分５８が衝撃に応じて弾性変形してその衝撃を吸収できる。この結果、検出素子２４の後端部分に無理な力が加わるのを防止でき、従って、後端部分が破損してしまうのを防止できる。
【００４６】以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記第１，第２実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、上記した第１実施例の酸素センサ２において、検出素子１０６の突出部分１０６ｃの周囲の構造を、図５に示すように変形してもよい。
【００４７】即ち、主体金具１０２の筒内下方側の内面と、絶縁保護体１０４の先端側外壁との間に、フレーム付きパッキン１０のパッキン本体１２を配置し、検出素子１０６の外壁と、主体金具１０２の筒内先端側内壁との間に、フレーム１４を配置するものである。
【００４８】このように構成された酸素センサ２’では、外部から受けた衝撃をフレーム１４にて吸収できるため、衝撃が検出素子１０６に伝達するのを防止でき、酸素センサ２の場合と同様の効果を得ることができる。また、これに限定されず、フレーム付きパッキンのフレームが、絶縁保護体１０４及び主体金具１０２の各筒内先端側内壁と、検出素子１０６の外壁との間に亘って配置するようにしてもよい。このようにすれば、結果としてフレームを大きく形成でき、その分外部から受けた衝撃をより多く吸収することができ、検出素子１０６の破損を一層防止できる。
【００４９】ところで、主体金具２２や絶縁保護体１０４の内部空間を広くすると、酸素センサ自体が大きくなるため、その広さには制限がある。また、外部から受けた衝撃をより吸収させるためには、フレーム付きパッキンのフレームをできるだけ大きく（長く）形成する必要がある。
【００５０】そこで、フレーム付きパッキンを形成する際には、図６（ａ）上図に示すように、円盤状のステンレス板の中央部分に、長手方向の一端を残して、他の部分を「コ」の字状に切り取った長方形状の突片を複数設けるようにしてもよい。尚、残される一端側は、フレームを形成するために折り曲げ線に沿って折り曲げられる部分であり、この一端側の位置自体は、各実施例中に示したフレーム付きパッキン１０，６０のフレーム１４，５８を形成するために突片を折り曲げた部分と同じ箇所である。
【００５１】そして、切り取る際には、ステンレス板の直径方向に対して、それぞれ平行となるように、かつ互い違いとなるように、外周方向に向かって切り取るようにする。このようにすれば、フレーム付きパッキン１０，６０のフレーム１４，５８を形成するための突片よりも、実質的に長い突片が得られるようになる。
【００５２】この結果、図６（ｂ）上図に示すように、より長いフレームを形成できるだけでなく、図６（ｃ）下図に示すように、フレーム１４，５８と同じ長さであっても、より振幅の大きな「波」を有するフレームを形成することができる。このため、受けた衝撃に応じて種々の大きさに弾性変形できるようなり、種々の衝撃を吸収できるようになる。従って、検出素子が破損するのを一層防止することができる。
【００５３】また、図６（ａ）中に示すように、突片の幅方向（図中上下方向の幅）をより細くすると共に、互い違いとなるように複数（図中では、左右から３本、合計６本）の突片を形成するようにしてもよい。このようにして得られたフレーム付きパッキンでは、上記したように、より長いフレームを有するように形成でき、或いは、より振幅の大きな「波」を有するフレームを形成することができるため、種々の衝撃を吸収できるようになるだけでなく、検出素子の両側から同数のフレームが当接するようになり、両当接方向からの衝撃をバランスよく吸収できるようになる。
【００５４】ところで、フレーム付きパッキンのフレームは、上記したように「波」状に形成するのに限定されない。例えば、図７（ａ）の酸素センサ２０’が備えるフレーム付きパッキン７０のように形成してもよい。ここで、酸素センサ２０’では、フレーム付きパッキン以外の構成が第２実施例の酸素センサ２０と同様である。
【００５５】フレーム付きパッキン７０は、酸素センサ２０が備えるフレーム付きパッキン６０と同様の挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体７２と、パッキン本体７２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から、検出素子２４に側壁の一部が当接するようにして、「弧」を描くように曲げられたフレーム７４とを備える。
【００５６】そして、フレーム付きパッキン７０を形成するには、フレーム付きパッキン６０の場合と同様にして、例えば、円盤状のステンレス板の中央部分に、二枚の突片を形成するための切り込みを入れ、次いで、この突片をステンレス板に対して垂直となるように折り曲げる。その後、これらの突片が互いに向き合う側に各側壁が凸となるように、折り曲げればよい。
【００５７】このように形成されたフレーム付きパッキン７０では、外部から受けた衝撃に応じてフレーム７４が弾性変形するために、この衝撃自体を吸収するようになり、検出素子２４の突出部分２４ｂが共振してしまうのを回避できるといったように、フレーム付きパッキン６０の場合と同様の効果が得られる。
【００５８】そして、本発明者等が種々検討を行ったところ、図７（ｂ）の酸素センサ２０”が備えるフレーム付きパッキン８０を用いた場合でも、外部から衝撃を受けた際の検出素子の破損が防止できることが分かった。ここで、酸素センサ２０”は、酸素センサ２０’では、フレーム付きパッキン以外の構成が第２実施例の酸素センサ２０と同様である。
【００５９】即ち、フレーム付きパッキン８０は、挿通孔６２ａが中央部分に穿設された円盤状のパッキン本体８２と、パッキン本体８２の挿通孔６２ａの長手方向両端部から、タルク粉末２８側に向けて、断面Ｌ字状に折り曲げられたフレーム８４とを備える。
【００６０】そして、フレーム付きパッキン８０を形成するには、例えば、円盤状のステンレス板の中央部分に、二枚の突片を形成するための切り込みを入れ、次いで、この突片をステンレス板に対して垂直となるように折り曲げればよい。このように形成されたフレーム付きパッキン８０は、フレーム８４と検出素子２４との間に隙間を設けた状態で、しかも、フレーム８４におけるパッキン８２側の側壁がセラミックホルダ２６の挿通孔の内壁に密着するようにして配置される。
【００６１】ここで、フレーム８４と検出素子２４との間に隙間を設ける目的は、検出素子２４をフレーム付きパッキン８０の挿通孔６２ａに挿入する際に検出素子２４を、挿入が容易になる様にするためである。フレーム８４がばね状や円弧状に変形されている場合は、検出素子２４とフレーム付きパッキン８０（フレーム８４）が接触する寸法関係であっても、フレーム８４が容易に変形するので、フレーム付きパッキン８０内に検出素子２４を挿入することが可能となるが、フレーム８４が単に直線状に折り曲げただけの形状の場合には、挿入時にフレーム８４の変形が少ないので、検出素子２４を挿通孔６２ａに挿入するのが困難となり、若干の隙間を設けておくことが望ましい。
【００６２】そして、フレーム付きパッキン８０では、外部からの衝撃を受けて検出素子２４の検出部２４ｂ側が共振した場合には、特に振幅が大きくなったときに、検出素子２４がフレーム８４に接触（或いは、衝突）するようになる。その際、検出素子２４を構成するセラミックスに比べて柔らかい金属製のフレーム８４に対して当該検出素子２４が接触することにより、検出素子２４は割れたりせず、振幅の大きさが制限された状態でその検出部２４ｂが共振するようになる。つまり、フレーム付きパッキン８０では、外部から衝撃を受けても、検出素子２４の検出部２４ｂを、破損する振幅にまで到達させることのない状態で共振させることができるのである。
【００６３】一方、上記各実施例では、検出素子をジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体を用いて形成することにより、いわば、起電力変化型のガスセンサ（酸素センサ）となるように構成したものである。これに限定されず、検出素子をチタニア等の金属酸化物を用いて形成して、いわば、抵抗変化型のガスセンサ（酸素センサ）となるように構成してもよい。
【００６４】また更に、検出素子の検出感度や検出精度を高めるために、複数の素子（例えば、酸素濃淡電池素子等）を積層したり、このような素子の両面にヒータ（例えば、セラミックヒータ）を配置するようにしてもよい。

【出願人】	【識別番号】０００００４５４７【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
【出願日】	平成１２年８月３１日（２０００．８．３１）
【代理人】	【識別番号】１０００８２５００【弁理士】【氏名又は名称】足立勉（外１名）
【公開番号】	特開２００２－７１６２５（Ｐ２００２－７１６２５Ａ）
【公開日】	平成１４年３月１２日（２００２．３．１２）
【出願番号】	特願２０００－２６３１９３（Ｐ２０００－２６３１９３）