JP7183335B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

従来、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、測定対象ガス（排気ガス）中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘなど）を検出するガスセンサが知られている。このようなガスセンサとして、特許文献１には、軸線方向に延び、後端側に電極端子部を有するセンサ素子と、センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、軸線方向に延びる筒状で、主体金具の後端側の部位に取り付けられた金属製の外筒と、を備えるガスセンサが開示されている。

特開２０１９－２９３６号公報

さらに、このガスセンサは、軸線方向に延び、センサ素子の電極端子部が接続される先端側接続部を有する端子金具と、軸線方向に延びる筒状をなし、外筒の内周面から離間する態様で外筒の内部に配置され、端子金具の先端側接続部とセンサ素子のうち電極端子部を有する部位を、内部に収容するセパレータと、端子金具のうち後端側に位置する後端側接続部に接続されて、後端側へ延びるリード線と、軸線方向に延びる筒状をなし、外筒の後端側開口部を閉塞する態様で外筒に固定されたゴムキャップと、を備える。なお、セパレータは、絶縁性セラミックからなる２つの絶縁部材を組み合わせてなる筒状のセパレータ本体部と、２つの絶縁部材を組み合わせて筒状のセパレータ本体部にした状態を保持する本体保持部（セパレータ本体の周囲を包囲してセパレータ本体の筒形状を保持する部位）と、を備える。このガスセンサでは、端子金具の後端側接続部が、ゴムキャップを軸線方向に貫通する貫通孔内に挿入されると共に、リード線のうち後端側接続部よりも後端側に位置してゴムキャップの貫通孔内に挿入されている部位が、貫通孔に密着して固定されている。

ところで、上述のガスセンサでは、セパレータが、先端側部材である内筒と離間している。なお、先端側部材は、セパレータに対して先端側に位置する部材のうちセパレータの最も近くに位置する部材であって、センサ素子が軸線方向に挿通する部材である。さらには、セパレータは、後端側部材であるゴムキャップとも離間している。なお、後端側部材は、セパレータに対して後端側に位置する部材のうちセパレータの最も近くに位置する部材である。従って、上述のガスセンサでは、外筒の内部においてセパレータが固定されていない。

このため、上述のガスセンサに外部から力が加えられたり、上述のガスセンサに外部から振動が伝わったりした場合に、外筒に対してセパレータが相対的に軸線方向に交差する方向（例えば、外筒の径方向）へ振動することがあった。これにより、セパレータの内部に収容されている端子金具の先端側接続部が、外筒に対して相対的に軸線方向に交差する方向（軸線交差方向とする）へ振動することがあった。一方、外筒に固定されているゴムキャップは外筒に対して相対的に振動しない（または振動し難い）ので、ゴムキャップ内に挿入されている端子金具の後端側接続部も、外筒に対して相対的に振動しない（または振動し難い）。

このため、軸線方向に延びる端子金具において、端子金具の先端側接続部が、後端側接続部に対して相対的に軸線交差方向へ振動し、これによって先端側接続部と後端側接続部との間で応力（例えば、剪断応力）が発生し、先端側接続部と後端側接続部との間で端子金具が折れることがあった。このようなことから、ガスセンサにおいて、外筒に対してセパレータが相対的に軸線交差方向（軸線方向に交差する方向）へ振動することを低減することが求められていた。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外筒に対してセパレータが相対的に軸線交差方向へ振動し難いガスセンサを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、軸線方向に延び、後端側に電極端子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む主体金具と、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記主体金具の後端側の部位に取り付けられた金属製の外筒と、前記軸線方向に延び、前記センサ素子の前記電極端子部が接続される先端側接続部を有する端子金具と、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記外筒の内周面から離間する態様で前記外筒の内部に配置され、前記端子金具の前記先端側接続部と前記センサ素子のうち前記電極端子部を有する部位とを、内部に収容するセパレータと、前記端子金具のうち後端側に位置する後端側接続部に接続されて、後端側へ延びるリード線と、前記外筒の後端側開口部を閉塞する態様で前記外筒に固定されたゴムキャップと、を備えるガスセンサにおいて、前記セパレータは、当該セパレータに対して後端側に位置して前記軸線方向に弾性圧縮した状態の前記ゴムキャップと、当該セパレータに対して先端側に位置する先端側部材と、の間に挟まれて固定されており、前記ゴムキャップは、２５０℃の温度環境下で６７時間当該ゴムキャップを前記軸線方向に２５％圧縮した後の圧縮永久歪み率が３２．３％以下であるガスセンサである。

上述のガスセンサは、外筒の後端側開口部を閉塞する態様で外筒に固定されたゴムキャップを備える。さらに、上述のガスセンサでは、セパレータが、セパレータに対して後端側に位置して軸線方向に弾性圧縮した状態のゴムキャップとセパレータに対して先端側に位置する先端側部材との間に挟まれて固定されている。すなわち、セパレータが、軸線方向に弾性的に圧縮した状態のゴムキャップによって、直接または他部材を介して間接に先端側へ押される態様で、ゴムキャップと先端側部材との間に挟まれて固定されている。このように、セパレータは、軸線方向に弾性圧縮したゴムキャップの弾性反力によって先端側へ押されつつ、ゴムキャップと先端側部材との間に挟まれて固定されている。従って、上述のガスセンサでは、外筒に固定されたゴムキャップによってセパレータが固定されている。換言すれば、セパレータが、ゴムキャップを介して外筒に固定されている。

従って、上述のガスセンサでは、外部からガスセンサに力が加えられたり、外部からガスセンサに振動が伝わったりした場合に、「外筒に対してセパレータが相対的に軸線方向に交差する方向（例えば、外筒の径方向）へ振動すること」が生じ難くなる。従って、上述のガスセンサは、外筒に対してセパレータが相対的に軸線交差方向へ振動し難いガスセンサである。

なお、セパレータがゴムキャップと先端側部材との間に挟まれる形態には、セパレータがゴムキャップに直接に接触する態様（セパレータがゴムキャップによって直接に先端側へ押される態様）で、セパレータのみがゴムキャップと先端側部材との間に挟まれる形態の他、セパレータとゴムキャップとの間に他部材が介在し、セパレータがゴムキャップによって他部材を介して間接に先端側へ押される態様で、セパレータと他部材が、ゴムキャップと先端側部材との間に挟まれる形態も含まれる。

ところで、上述のガスセンサでは、前述のように、軸線方向に弾性的に圧縮した状態のゴムキャップの弾性反力を利用して、セパレータを固定している。このため、軸線方向の圧縮永久歪み率が大きいゴムキャップを用いた場合、ガスセンサの使用に伴って、ゴムキャップの弾性反力が大きく低下し、セパレータを適切に固定できなくなる虞がある。

これに対し、上述のガスセンサでは、ゴムキャップとして、２５０℃の温度環境下で６７時間当該ゴムキャップを軸線方向に２５％圧縮した後の圧縮永久歪み率（軸線方向の圧縮永久歪み率）が３２．３％以下であるゴムキャップを用いている。具体的には、ゴムキャップは、例えば、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、測定温度２５０℃、測定時間６７時間、圧縮率２５％の測定条件で測定される圧縮永久歪み率が、３２．３％以下となる。これにより、ガスセンサの使用（特に、高温環境下での使用）に伴うゴムキャップの弾性反力の低下を小さくすることができるので、長期間にわたってセパレータが固定された状態を維持することができる。

なお、ゴムキャップの圧縮永久歪み率は、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、測定温度２５０℃、測定時間６７時間、圧縮率２５％の測定条件で、下記の（１）～（７）に記載した測定方法によって測定することができる。
（１）まず、ゴムキャップの軸線方向の長さ（厚み）Ｌ１を測定する。
（２）次に、上板と下板とを有する圧縮装置の下板上に、スペーサを載置する。なお、スペーサの軸線方向の長さＬｓは、Ｌ１の７５％である。すなわち、Ｌｓ＝０．７５Ｌ１である。さらに、軸線方向を上下方向に一致させて、ゴムキャップを圧縮装置の下板上に載置する。
（３）次に、圧縮装置の上板を下方に移動させて、圧縮装置の上板と下板とによってゴムキャップを軸線方向（上下方向）に弾性圧縮しつつ、圧縮装置の上板と下板との間にゴムキャップとスペーサを挟んで固定する。すなわち、圧縮装置によって、ゴムキャップを軸線方向に弾性圧縮して、ゴムキャップの軸線方向の長さをスペーサの軸線方向の長さＬｓにした状態（すなわち、ゴムキャップを軸線方向に２５％圧縮した状態）にして、この状態を保持する。
（４）次に、内部温度を２５０℃に調整した恒温槽内に、ゴムキャップとスペーサを挟んで固定した圧縮装置を入れて、６７時間放置する。すなわち、２５０℃の温度環境下で６７時間、ゴムキャップを軸線方向に２５％圧縮した状態を保つ。
（５）恒温槽内における６７時間の放置が終了したら、ゴムキャップとスペーサを挟んで固定している圧縮装置を恒温槽内から取り出し、直ちに、圧縮装置によるゴムキャップの圧縮を解放すると共に、圧縮装置からゴムキャップを取り出して、ゴムキャップを常温環境下で自然冷却する。
（６）圧縮装置からゴムキャップを取り出してから３０分経過したときの、ゴムキャップの軸線方向の長さＬ２を測定する。
（７）その後、下記の演算式を用いて、軸線方向についてのゴムキャップの圧縮永久歪み率を算出する。
圧縮永久歪み率（％）＝｛（Ｌ１－Ｌ２）／（Ｌ１－Ｌｓ）｝×１００

また、セパレータとしては、例えば、絶縁性セラミックからなる筒状のセパレータを挙げることができる。また、絶縁性セラミックからなる複数の絶縁部材を組み合わせてなる筒状のセパレータ本体部と、複数の絶縁部材を組み合わせて筒状のセパレータ本体部にした状態を保持する本体保持部（例えば、セパレータ本体部の周囲を包囲してセパレータ本体部の筒形状を保持する本体保持部）と、を備えるセパレータを挙げることもできる。

さらに、前記のガスセンサであって、前記ガスセンサは、排気ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサであるガスセンサとすると良い。

ガスセンサは、例えば、先端側が排気ガスに晒されて、排気ガス中の特定ガス成分（酸素やＮＯｘなど）を検出する。このため、ガスセンサの先端側が高温になる。ところで、上述のガスセンサでは、セパレータが、セパレータに対して後端側に位置するゴムキャップとセパレータに対して先端側に位置する先端側部材との間に挟まれて固定されている。このようなガスセンサでは、先端側の熱が、先端側部材及びセパレータを通じて、ゴムキャップに伝わり得る。

これに対し、上述のガスセンサは、排気ガス中のＮＯｘ（例えば、ＮＯｘの濃度）を検出するＮＯｘセンサである。ＮＯｘセンサは、排気管のうち触媒よりも下流側の位置に設けられるので、比較的低温の排気ガスに晒される。このため、排気ガスに晒される先端側の熱が、先端側部材及びセパレータを通じてゴムキャップに伝わったとしても、その温度は比較的低くなる。従って、ＮＯｘセンサである上述のガスセンサは、ゴムキャップが高温になり難いので、熱によるゴムキャップの弾性低下が小さくなり、長期間にわたってセパレータが固定された状態を維持することができる。

実施形態にかかるガスセンサの縦断面図である。 センサ素子の斜視図である。 ガスセンサの部分拡大縦断面図である。 ゴムキャップの圧縮永久歪み率の測定方法を説明する図である。 ゴムキャップの圧縮永久歪み率の測定方法を説明する他の図である。 ゴムキャップの圧縮永久歪み率の測定方法を説明する他の図である。 ゴムキャップの圧縮永久歪み率の測定方法を説明する他の図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態のガスセンサ１の縦断面図であり、ガスセンサ１の軸線ＡＸを通る位置で軸線方向ＤＸにガスセンサ１を切断した（但し、センサ素子５は切断していない）断面図である。なお、図１において、下側がガスセンサ１の先端側であり、上側がガスセンサ１の後端側である。また、図３は、ガスセンサ１の部分拡大縦断面図であり、図１とは異なる位置（ゴムキャップ１５の２つの貫通孔１５ｂを通る位置、図１よりも紙面奥側の位置）で軸線方向ＤＸにガスセンサ１を切断した（但し、端子金具４１～４４、及び、リード線３１～３４は切断していない）部分拡大断面図である。

ガスセンサ１は、先端側の部位が図示しない自動車等の排気管内に挿入される態様で排気管に取り付けられ、先端側を下方に向けた状態で使用される。具体的には、ガスセンサ１は、排気ガス（測定対象ガス）中の特定ガス成分であるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、図１に示すように、センサ素子５と主体金具３とプロテクタ９と外筒１１とを備える。

このうち、センサ素子５は、軸線方向ＤＸ（ガスセンサ１の軸線ＡＸに沿う方向、図１において上下方向）に延びる棒状をなし、測定対象ガス（排気ガス）に晒される先端側に、保護層（図示省略）に覆われた検出部５ｂを有する。この検出部５ｂは、排気ガス（測定対象ガス）中のＮＯｘを検出する。さらに、センサ素子５は、その後端側に、４つの電極端子部（第１電極端子部５ｆ、第２電極端子部５ｇ、第３電極端子部５ｊ、第４電極端子部５ｋ）を有する（図２参照）。このセンサ素子５は、主体金具３の貫通孔３ｆ内に挿入されている。詳細には、このセンサ素子５は、先端側に位置する検出部５ｂが、主体金具３の先端面３ｄから先端側に突出すると共に、後端側に位置する４つの電極端子部（第１電極端子部５ｆ～第４電極端子部５ｋ）が、主体金具３の後端から後端側に突出した状態で、主体金具３の貫通孔３ｆ内に固定されている。

主体金具３は、センサ素子５の周囲を取り囲みつつ、センサ素子５を保持（他部材を介して保持）している。この主体金具３は、軸線方向ＤＸに延びる筒状をなし、先端側から後端側に延びる貫通孔３ｆを有すると共に、その外表面に自身を排気管に固定するためのネジ部３ｍを備える（図１参照）。なお、貫通孔３ｆには、径方向内側に突出する棚部３ｋが形成されている。さらに、主体金具３は、先端面３ｄを含む円筒状の先端側壁部３ｃを有する。この主体金具３は、金属材料（例えば、ステンレスなど）によって形成されている。

主体金具３の貫通孔３ｆの内部には、絶縁性材料（例えばアルミナなど）からなる環状のホルダ６１と、滑石粉末充填層６３、６５と、絶縁性材料（例えばアルミナなど）からなる筒状のスリーブ６７の一部（先端側部６７ｂ）とが、センサ素子５の径方向周囲を取り囲む状態で配置されている（図１参照）。スリーブ６７は、軸線方向ＤＸに延びる円筒状をなし、円環状の先端側部６７ｂと、先端側部６７ｂよりも小径である円筒状の後端側部６５ｃとを有する。このスリーブ６７の先端側部６７ｂと主体金具３の後端部との間には、加締パッキン６９が配置されている。また、ホルダ６１と主体金具３の棚部３ｋとの間には、滑石粉末充填層６３やホルダ６１を保持するための筒状の金属ホルダ７１が配置されている。なお、主体金具３の後端部は、加締パッキン６９を介してスリーブ６７の先端側部６７ｂを先端側に押し付けるようにして、加締められている（図１参照）。

また、プロテクタ９は、筒状をなし、主体金具３の先端側の部位に固定されている。具体的には、プロテクタ９は、センサ素子５の先端側の部位（主体金具３の先端面３ｄから先端側に突出する部位）を包囲する態様で、主体金具３の先端側壁部３ｃの外周面に溶接によって固定されている。このプロテクタ９は、耐熱性材料（例えばＮＣＦ６０１など）によって形成されている。プロテクタ９は、センサ素子５の検出部５ｂが配置される測定室Ｓを構成する筒状の第１プロテクタ９ｂ（内側プロテクタ）と、第１プロテクタ９ｂの外周を取り囲む筒状の第２プロテクタ９ｄ（外側プロテクタ）とを備える二重筒構造を有している。第１プロテクタ９ｂには、測定対象ガスの通過が可能な複数の通気孔９ｃが形成されている。第２プロテクタ９ｄには、測定対象ガスの通過が可能な複数の通気孔９ｆが形成されている（図１参照）。

また、外筒１１は、金属製であり、軸線方向ＤＸに延びる円筒状をなしている。この外筒１１は、円筒状の本体部１１ｄと、本体部１１ｄよりも小径である筒状の後端部１１ｆと、本体部１１ｄと後端部１１ｆとを連結する環状の連結部１１ｇとを有する。外筒１１は、主体金具３の後端側の部位に取り付けられて（溶接されて）、センサ素子５の後端側の部位を包囲している（図１参照）。

さらに、ガスセンサ１は、４つの端子金具（第１端子金具４１、第２端子金具４２、第３端子金具４３、第４端子金具４４）と、セパレータ１３と、４本のリード線（第１リード線３１、第２リード線３２、第３リード線３３、第４リード線３４）と、ゴムキャップ１５とを備える（図１参照）。このうち、４つの端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）は、それぞれ、弾性を有する耐熱性金属（例えばステンレス鋼など）からなり、軸線方向ＤＸに延びる形態をなしている。

第１端子金具４１は、センサ素子５の第１電極端子部５ｆが接続される第１先端側接続部４１ｂと、第１リード線３１（詳細には、第１リード線３１中の金属芯線３１ｂ）が接続される第１後端側接続部４１ｃとを有する（図１及び図３参照）。第２端子金具４２は、センサ素子５の第２電極端子部５ｇが接続される第２先端側接続部４２ｂと、第２リード線３２（詳細には、第２リード線３２中の金属芯線３２ｂ）が接続される第２後端側接続部４２ｃとを有する。第３端子金具４３は、センサ素子５の第３電極端子部５ｊが接続される第３先端側接続部４３ｂと、第３リード線３３（詳細には、第３リード線３３中の金属芯線３３ｂ）が接続される第３後端側接続部４３ｃとを有する。第４端子金具４４は、センサ素子５の第４電極端子部５ｋが接続される第４先端側接続部４４ｂと、第４リード線３４（詳細には、第４リード線３４中の金属芯線３４ｂ）が接続される第４後端側接続部４４ｃとを有する（図１及び図３参照）。

セパレータ１３は、セラミック（例えば、アルミナ、ステアタイトなど）からなり、軸線方向ＤＸに延びる円筒状をなしている。このセパレータ１３は、外筒１１の内周面１１ｂから離間する態様（すなわち、外筒１１の内周面１１ｂに対して直接に接触しない態様）で、外筒１１の内部に配置されている（図１参照）。さらに、セパレータ１３は、自身を軸線方向ＤＸに貫通する貫通孔１３ｃを有する。この貫通孔１３ｃには、４つの端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）の４つの先端側接続部（第１先端側接続部４１ｂ～第４先端側接続部４４ｂ）と、センサ素子５のうち４つの電極端子部（第１電極端子部５ｆ～第４電極端子部５ｋ）を有する後端部５ｃとが収容されている（図１参照）。

また、ゴムキャップ１５は、耐熱性ゴムからなり、軸線方向ＤＸに延びる筒状（柱状）をなしている。このゴムキャップ１５は、円筒状の本体部１５ｃと、本体部１５ｃの径方向外側に位置する円環状の鍔部１５ｄとを有する。ゴムキャップ１５は、外筒１１の後端側開口部１１ｃを閉塞する態様で、外筒１１に固定されている（図１参照）。具体的には、ゴムキャップ１５は、外筒１１の後端部１１ｆを径方向内側に加締めることによって、外筒１１に固定されている。ゴムキャップ１５は、当該ゴムキャップ１５を軸線方向ＤＸに貫通する４つの貫通孔１５ｂを有する（図３参照）。

本実施形態のガスセンサ１では、４つの端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）の４つの後端側接続部（第１後端側接続部４１ｃ～第４後端側接続部４４ｃ）のうち少なくとも後端部（第１後端部４１ｄ、第２後端部４２ｄ、第３後端部４３ｄ、第４後端部４４ｄ）が、それぞれ、ゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂ内に挿入されている。なお、本実施形態では、４つの後端側接続部（第１後端側接続部４１ｃ～第４後端側接続部４４ｃ）のうち後端部（第１後端部４１ｄ、第２後端部４２ｄ、第３後端部４３ｄ、第４後端部４４ｄ）のみが、ゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂ内に挿入されている（図３参照）。

さらに、４本のリード線（第１リード線３１～第４リード線３４）のうち４つの後端側接続部（第１後端側接続部４１ｃ～第４後端側接続部４４ｃ）よりも後端側に位置してゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂ内に挿入されている部位（第１部位３１ｃ、第２部位３２ｃ、第３部位３３ｃ、第４部位３４ｃ）が、ゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂ（貫通孔１５ｂを構成する筒状面）に密着して固定されている。４本のリード線（第１リード線３１～第４リード線３４）は、ゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂの後端側からゴムキャップ１５の外部に延出している（図３参照）。

さらに、本実施形態のガスセンサ１では、セパレータ１３が、セパレータ１３に対して後端側（図１において上側）に位置して軸線方向ＤＸに弾性圧縮した状態のゴムキャップ１５と、セパレータ１３に対して先端側（図１において下側）に位置するスリーブ６７（先端側部材）と、の間に挟まれて固定されている。すなわち、セパレータ１３が、軸線方向ＤＸに弾性的に圧縮した状態のゴムキャップ１５によって先端側へ押される態様で、ゴムキャップ１５とスリーブ６７（先端側部材）との間に挟まれて固定されている。このように、セパレータ１３は、軸線方向ＤＸに弾性圧縮したゴムキャップ１５の弾性反力によって先端側へ押されつつ、ゴムキャップ１５とスリーブ６７（先端側部材）との間に挟まれて固定されている。

従って、本実施形態のガスセンサ１では、外筒１１に固定されたゴムキャップ１５によってセパレータ１３が固定されている。換言すれば、セパレータ１３が、ゴムキャップ１５を介して外筒１１に固定されている（図１参照）。なお、外筒１１は、主体金具３の後端側の部位（外筒固定部３ｈ）に、溶接によって固定されている。また、スリーブ６７も、主体金具３の後端部の加締めによって、主体金具３に固定されている。そして、主体金具３は、ネジ部３ｍによって図示しない排気管に固定される。従って、外筒１１及びスリーブ６７は、主体金具３を通じて排気管に固定される。

このようなガスセンサ１では、外部からガスセンサ１に力が加えられたり、外部からガスセンサ１に振動が伝わったりした場合に、「外筒１１に対してセパレータ１３が相対的に軸線方向ＤＸに交差する方向（例えば、外筒１１の径方向）へ振動すること」が生じ難くなる。従って、本実施形態のガスセンサ１は、外筒１１に対してセパレータ１３が相対的に軸線交差方向（軸線方向ＤＸに交差する方向をいう）へ振動し難いガスセンサ１であるといえる。

さらには、４つの端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）において、セパレータ１３の内部に収容されている４つの先端側接続部（第１先端側接続部４１ｂ～第４先端側接続部４４ｂ）についても、外筒１１に対して相対的に軸線交差方向へ振動することが生じ難くなる（図１参照）。なお、ガスセンサ１では、ゴムキャップ１５が外筒１１に固定されているため、ゴムキャップ１５の貫通孔１５ｂ内に後端部（第１後端部４１ｄ、第２後端部４２ｄ、第３後端部４３ｄ、第４後端部４４ｄ）が挿入されている４つの後端側接続部（第１後端側接続部４１ｃ～第４後端側接続部４４ｃ）は、外筒１１に対して相対的に軸線交差方向へ振動し難い（図３参照）。

このため、本実施形態のガスセンサ１では、軸線方向ＤＸに延びる４つの端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）において、「先端側接続部（第１先端側接続部４１ｂ～第４先端側接続部４４ｂ）が、後端側接続部（第１後端側接続部４１ｃ～第４後端側接続部４４ｃ）に対して相対的に軸線交差方向へ振動すること」が生じ難くなるので、端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）に応力（例えば、剪断応力）が生じ難くなり、端子金具（第１端子金具４１～第４端子金具４４）の折損も生じ難くなる。

なお、本実施形態のガスセンサ１では、ゴムキャップ１５は、円筒状の本体部１５ｃと、本体部１５ｃの径方向外側に位置する円環状の鍔部１５ｄとを有する。また、外筒１１は、円筒状の本体部１１ｄと、本体部１１ｄよりも小径である筒状の後端部１１ｆと、本体部１１ｄと後端部１１ｆとを連結する環状の連結部１１ｇとを有する。そして、セパレータ１３によって後端側に押されるゴムキャップ１５の鍔部１５ｄが、外筒１１の連結部１１ｇの内面１１ｈ（先端側を向く面）に当接している（図１及び図３参照）。このような構造とすることで、ゴムキャップ１５がセパレータ１３から受ける力（セパレータ１３がゴムキャップ１５を後端側へ押す力）を、外筒１１の連結部１１ｇ（内面１１ｈ）で受け止めることができるので、ゴムキャップ１５の後端側への位置ズレや脱離を防止することができる。これにより、ゴムキャップ１５とスリーブ６７（先端側部材）とによって、安定してセパレータ１３を挟んで固定することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ１では、セパレータ１３の外径を、外筒１１の後端部１１ｆの最小内径（加締めた部位における内径）よりも大きくしているので、ゴムキャップ１５がセパレータ１３から受ける力（セパレータ１３がゴムキャップ１５を後端側へ押す力）を、外筒１１（連結部１１ｇなど）において、より適切に受け止めることができる。このため、軸線方向ＤＸに弾性圧縮したゴムキャップ１５とスリーブ６７（先端側部材）とによって、より安定してセパレータ１３を挟んで固定することができる。なお、セパレータ１３とゴムキャップ１５と外筒１１とは、互いに軸線が軸線ＡＸに重なるようにして（軸線ＡＸに一致するようにして）配置されている。

ところで、本実施形態のガスセンサ１は、先端側の部位が排気ガスに晒されて、排気ガス中の特定ガス成分を検出する。このため、ガスセンサ１の先端側の部位が高温になる。また、ガスセンサ１では、セパレータ１３が、セパレータ１３に対して後端側に位置するゴムキャップ１５とセパレータ１３に対して先端側に位置するスリーブ６７との間に挟まれて固定されている。このようなガスセンサ１では、先端側の部位の熱が、スリーブ６７及びセパレータ１３を通じて、ゴムキャップ１５に伝わり得る。

これに対し、本実施形態のガスセンサ１は、排気ガス中のＮＯｘ（例えば、ＮＯｘの濃度）を検出するＮＯｘセンサである。すなわち、ガスセンサ１は、排気ガス中の特定ガス成分としてＮＯｘを検出するＮＯｘセンサである。ＮＯｘセンサは、排気管のうち触媒よりも下流側の位置に設けられるので、比較的低温の排気ガスに晒される。このため、排気ガスに晒される先端側の部位の熱が、スリーブ６７及びセパレータ１３を通じてゴムキャップ１５に伝わったとしても、その温度は比較的低くなる。従って、ＮＯｘセンサであるガスセンサ１は、ゴムキャップ１５が高温になり難いので、熱によるゴムキャップ１５の弾性低下が小さくなり、長期間にわたってセパレータ１３が固定された状態を維持することができる。

ところで、本実施形態のガスセンサ１では、前述のように、軸線方向ＤＸに弾性的に圧縮した状態のゴムキャップ１５の弾性反力を利用して、セパレータ１３を固定している。このため、軸線方向ＤＸの圧縮永久歪み率が大きいゴムキャップを用いた場合、ガスセンサ１の使用に伴って、ゴムキャップの弾性反力が大きく低下し、セパレータ１３を適切に固定できなくなる虞がある。

これに対し、本実施形態のガスセンサ１では、ゴムキャップとして、２５０℃の温度環境下で６７時間当該ゴムキャップを軸線方向ＤＸに２５％圧縮した後の圧縮永久歪み率（軸線方向ＤＸの圧縮永久歪み率）が３２．３％以下であるゴムキャップ１５を用いている。具体的には、本実施形態では、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、測定温度２５０℃、測定時間６７時間、圧縮率２５％の測定条件で測定される圧縮永久歪み率が、３２．３％以下となるゴムキャップ１５を用いている。これにより、ガスセンサ１の使用（特に、高温環境下での使用）に伴うゴムキャップ１５の弾性反力の低下を小さくすることができるので、長期間にわたってセパレータ１３が固定された状態を維持することができる。

＜ゴムキャップの圧縮永久歪み率の測定＞
本実施形態のゴムキャップ１５について、圧縮永久歪み率の測定を行った。具体的には、５つのゴムキャップ１５（サンプルＡ～Ｅとする）を用意し、これらの圧縮永久歪み率の測定を行った。なお、サンプルＡ～Ｅの圧縮永久歪み率は、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、測定温度２５０℃、測定時間６７時間、圧縮率２５％の測定条件で、下記の（１）～（７）に記載した測定方法によって測定した。

（１）まず、図４に示すように、それぞれのゴムキャップ１５（サンプルＡ～Ｅ）の軸線方向ＤＸ（図４において上下方向）の長さ（厚み）Ｌ１を測定する。
（２）次に、図５に示すように、上板９１と下板９２とを有する圧縮装置９０の下板９２上に、スペーサ９５を載置する。なお、スペーサ９５の軸線方向ＤＸ（上下方向）の長さＬｓ（厚み）は、Ｌ１の７５％である。すなわち、Ｌｓ＝０．７５Ｌ１である。さらに、軸線方向ＤＸを上下方向に一致させて、ゴムキャップ１５がスペーサ９５の内側に配置されるように、ゴムキャップ１５を圧縮装置９０の下板９２上に載置する。

（３）次に、圧縮装置９０の上板９１を下方に移動させて、圧縮装置９０の上板９１と下板９２とによってゴムキャップ１５を軸線方向ＤＸ（上下方向）に弾性圧縮しつつ、圧縮装置９０の上板９１と下板９２との間に、ゴムキャップ１５とスペーサ９５を挟んで固定する（図６参照）。すなわち、圧縮装置９０によって、ゴムキャップ１５を軸線方向ＤＸに弾性圧縮して、ゴムキャップ１５の軸線方向ＤＸの長さをスペーサ９５の軸線方向ＤＸの長さＬｓにした状態（すなわち、ゴムキャップ１５を軸線方向ＤＸに２５％圧縮した状態）にして、この状態を保持する。

（４）次に、内部温度を２５０℃に調整した恒温槽９７内に、上述のようにしてゴムキャップ１５とスペーサ９５を挟んで固定した圧縮装置９０を入れて、６７時間放置する（図６参照）。すなわち、２５０℃の温度環境下で６７時間、ゴムキャップ１５を軸線方向ＤＸに２５％圧縮した状態を保つ。
（５）恒温槽９７内における６７時間の放置が終了したら、ゴムキャップ１５とスペーサ９５を挟んで固定している圧縮装置９０を、恒温槽９７内から取り出し、直ちに、圧縮装置９０によるゴムキャップ１５の圧縮を解放すると共に、圧縮装置９０からゴムキャップ１５を取り出して、ゴムキャップ１５を常温環境下で自然冷却する。

（６）次いで、図７に示すように、圧縮装置９０からゴムキャップ１５を取り出してから３０分経過したときの、ゴムキャップ１５の軸線方向ＤＸの長さＬ２を測定する。
（７）その後、下記の演算式を用いて、軸線方向ＤＸについてのゴムキャップ１５の圧縮永久歪み率を算出する。
圧縮永久歪み率（％）＝｛（Ｌ１－Ｌ２）／（Ｌ１－Ｌｓ）｝×１００
このようにして測定したサンプルＡ～Ｅの圧縮永久歪み率（％）を、表１に示す。

表１に示すように、サンプルＡ～Ｅの圧縮永久歪み率の値は、いずれも、３２．３％以下であった。この結果より、本実施形態のゴムキャップ１５は、２５０℃の温度環境下で６７時間当該ゴムキャップを軸線方向ＤＸに２５％圧縮した後の圧縮永久歪み率（軸線方向ＤＸの圧縮永久歪み率）が３２．３％以下であるといえる。このようなゴムキャップ１５を用いたガスセンサ１では、ガスセンサ１の使用（特に、高温環境下での使用）に伴うゴムキャップ１５の弾性反力の低下を小さくすることができるので、長期間にわたってセパレータ１３が固定された状態を維持することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、実施形態では、セパレータとして、絶縁性セラミックからなる筒状のセパレータ１３を例示した。しかしながら、セパレータとして、絶縁性セラミックからなる複数の絶縁部材を組み合わせてなる筒状のセパレータ本体部と、複数の絶縁部材を組み合わせて筒状のセパレータ本体部にした状態を保持する本体保持部（例えば、セパレータ本体部の周囲を包囲してセパレータ本体部の筒形状を保持する本体保持部）と、を備えるセパレータを用いるようにしても良い。

また、実施形態では、セパレータ１３がゴムキャップ１５に直接に接触する態様（セパレータ１３がゴムキャップ１５によって直接に先端側へ押される態様）で、セパレータ１３のみがゴムキャップ１５とスリーブ６７（先端側部材）との間に挟まれる形態とした。しかしながら、セパレータ１３とゴムキャップ１５との間に他部材が介在し、セパレータ１３がゴムキャップ１５によって他部材を介して間接に先端側へ押される態様で、セパレータ１３と他部材が、ゴムキャップ１５と先端側部材（セパレータ１３に対して先端側に位置する部材）との間に挟まれる形態としても良い。

１ ガスセンサ
３ 主体金具
５ センサ素子
５ｂ 検出部
５ｆ，５ｇ，５ｊ，５ｋ 電極端子部
１１ 外筒
１３ セパレータ
１５ ゴムキャップ
３１，３２，３３，３４ リード線
４１，４２，４３，４４ 端子金具
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ 先端側接続部
４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，４４ｃ 後端側接続部
６７ スリーブ（先端側部材）
ＡＸ 軸線
ＤＸ 軸線方向

Claims (2)

1. 軸線方向に延び、後端側に電極端子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む主体金具と、
   前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記主体金具の後端側の部位に取り付けられた金属製の外筒と、
   前記軸線方向に延び、前記センサ素子の前記電極端子部が接続される先端側接続部を有する端子金具と、
   前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記外筒の内周面から離間する態様で前記外筒の内部に配置され、前記端子金具の前記先端側接続部と前記センサ素子のうち前記電極端子部を有する部位とを、内部に収容するセパレータと、
   前記端子金具のうち後端側に位置する後端側接続部に接続されて、後端側へ延びるリード線と、
   前記外筒の後端側開口部を閉塞する態様で前記外筒に固定されたゴムキャップと、を備える
   ガスセンサにおいて、
   前記セパレータは、
   当該セパレータに対して後端側に位置して前記軸線方向に弾性圧縮した状態の前記ゴムキャップと、当該セパレータに対して先端側に位置する先端側部材と、の間に挟まれて固定されており、
   前記ゴムキャップは、２５０℃の温度環境下で６７時間当該ゴムキャップを前記軸線方向に２５％圧縮した後の圧縮永久歪み率が３２．３％以下である
   ガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサであって、
   前記ガスセンサは、排気ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサである
   ガスセンサ。

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