JP2008039568A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出素子の電極端子部に当接して電気的な接続を担う端子部材に、弾性変形に伴う応力と熱負荷がかかっても、クラックや割れの発生を防止することができるガスセンサを提供する。
【解決手段】弓状をなす接続端子１２０，１１０の折り返し部１１４は、略中央部分に設けられた接点部１１６がセンサ素子１０に当接された際に、弓状形状が伸ばされるように弾性変形される。このとき、接点部１１６の内面側の谷部１１９は、広げられ、引っ張り応力がかかった状態となる。この接続端子１２０，１１０の表面の結晶粒は、その大きさが、結晶粒度番号で８．５以上と小さいため、ガスセンサの使用に際し高温の排気ガス等より接続端子１２０，１１０に熱負荷がかかり、端子部材の限界応力が低下しても、結晶粒の粒界が細かく、クラックや割れ等が防止される。
【選択図】図８

Description

本発明は、排気ガス中の特定ガスの濃度を検出する検出素子と外部回路との電気的な接続を担う端子部材を検出素子の電極端子部に当接させて、両者の電気的な接続を得るガスセンサに関するものである。

従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。このような検出素子はジルコニア等の固体電解質体を一対の検出用電極で挟んだ層を有し、層の両側における酸素分圧の差に基づく濃度検出を行うものが一般的である。また、固体電解質体は温度が低いと活性化しないため、加熱を行うヒータ素子を検出素子に併設し、検出素子の早期活性化や動作安定性の向上を図ったものが知られている。更に、検出素子とヒータ素子とを共に積層構造をなす板状（短冊状）に成形し、貼り合わせて一体化することで小型化を図ったものも知られている。

このような検出素子の後端部には、先端部に設けた一対の検出用電極からの信号を取り出すための電極端子部（電極パッド）が形成されている。その電極端子部には、外部回路との接続を行うためのリード線の端部に接続された端子部材（接続端子）が当接され、接触により電気的な接続がなされ、ガスセンサ（酸素センサ）の外部への信号の取り出しが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１のガスセンサの端子部材は波状形状に形成されており、弾性を有している。そして、この端子部材は、筒状のコンタクト部材（セラミックセパレータ）の筒孔内に検出素子と共に挿入され、コンタクト部材の筒孔内面と検出素子の板面との間にて挟まれており、弾性力によって、自身と検出素子の電極端子部との当接を維持している。
特開２００４−２３９７２５号公報

ところで、このような端子部材の耐熱性、耐久性等を考慮すると、ビッカース硬さで４００ＨＶ以上の硬度を有するインコネル（登録商標）７１８、インコネル７５０等といった、少なくともＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉを含み、Ｎｉが５０ｗｔ％以上含有された時効硬化型のＮｉ基合金が、その材料として用いられることが多い。しかしながら、このような端子部材は、コンタクト部材と検出素子との間の狭い間隙に介在されることで、波状形状が、より平坦な形状に近づくように弾性変形されるため、波状形状の谷側となる面においては引っ張りによる応力が生じていた。そして、ヒータ素子や高温の排気ガスにより加熱された検出素子を介して端子部材が熱負荷を受けると、端子部材の限界応力が低下した結果、端子部材にクラックや割れが発生する虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、検出素子の電極端子部に当接して電気的な接続を担う端子部材に、弾性変形に伴う応力と熱負荷がかかっても、クラックや割れの発生を防止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、請求項１に係る発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端部が被検出ガスに向けられると共に、自身の後端部に電極端子部が形成される検出素子と、絶縁材料からなり、前記検出素子の後端部を挿入するための挿入部、および該挿入部の内壁面にて前記軸線方向に沿って溝状に延びる複数の溝部が形成されたコンタクト部材と、前記複数の溝部のうちの少なくとも一つの溝部に係合した状態で配置され、前記検出素子と前記コンタクト部材との間に挟持されると共に、前記電極端子部に電気的に接続される端子部材とを備えたガスセンサにおいて、前記端子部材は、少なくともＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉを含み、Ｎｉが５０ｗｔ％以上含有された時効硬化型のＮｉ基合金からなり、且つ、その硬度が、ビッカース硬さで４００ＨＶ以上であると共に、ＪＩＳ Ｇ０５５１に基づく前記端子部材の表面の結晶粒度番号が、８．５以上であることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記端子部材は、前記軸線方向に延び、前記コンタクト部材の前記溝部内に配置されるフレーム部と、該フレーム部の前記軸線方向における先端から前記軸線方向の後端側に向けて折り返されて延設されると共に、自身の少なくとも一部が前記フレーム部と前記検出素子との間に配置される折り返し部とを有し、前記折り返し部は、前記折り返し部の前記軸線方向の後端側で、前記フレーム部の前記検出素子側の面に当接するフレーム当接部と、前記フレーム部の先端と前記フレーム当接部との間の位置にて、両者を支点に前記フレーム部から遠ざかる方向へ付勢されると共に、前記検出素子の前記電極端子部に当接する接点部とを有する。

また、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記端子部材は、前記軸線方向に延び、前記コンタクト部材の前記溝部内に配置されるフレーム部と、該フレーム部の前記軸線方向における先端から前記軸線方向の後端側に向けて折り返されて延設されると共に、自身の少なくとも一部が前記フレーム部と前記検出素子との間に配置される折り返し部とを有し、前記折り返し部は、該折り返し部の前記軸線方向の後端側にて、前記フレーム部の前記先端を支点に前記フレーム部から遠ざかる方向へ付勢されると共に、前記検出素子の前記電極端子部に当接する接点部を有する。

請求項１に係る発明のガスセンサによれば、検出素子の電極端子部に電気的に接続される端子部材の表面の結晶粒度番号が８．５以上であるので、表面の結晶粒の大きさを、より小さくすることができる。端子部材はコンタクト部材と検出素子との間に挟持されるため、常時、押圧に伴う応力が生じた状態となる。そして、端子部材が被検出ガスの影響などによる熱負荷を受けた場合、端子部材の限界応力が低下した結果、クラックや割れが発生する虞があるが、上記のように、結晶粒の大きさを小さくすることで結晶粒の粒界が細かくなるため、クラックや割れ等を防止することができる。

ところで、フレーム部の先端とフレーム当接部との間の位置にて、両者を支点にフレーム部から遠ざかる方向へ付勢された接点部を有する請求項２に係る発明に記載の端子部材を用いた場合、接点部を検出素子の電極端子部に当接させると、接点部の内面側（フレーム部側）に引っ張り応力が生じた状態となる。この状態は、請求項３に係る発明に記載の端子部材のように、接点部がフレーム部の先端を支点にフレーム部から遠ざかる方向へ付勢された構造を有するものであっても同様に生ずる。一般に、結晶粒界割れは、その表面に伸び方向の応力がかかった場合に生じやすい。検出素子とコンタクト部材との間に挟持されることで上記のような引っ張り応力が常に生ずる部位を有する端子部材において、上記のような結晶粒の粒成長を抑制できる構成を有することで、クラックや割れ等を防止することができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ１の構造について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の縦断面図である。図２は、センサ素子１０の斜視図である。図３は、セパレータ６０の一部断面斜視図である。図４は、接続端子１１０の斜視図である。図５は、接続端子１２０の斜視図である。図６は、接続端子１３０の斜視図である。図１において、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、内部に保持するセンサ素子１０の検出部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側をガスセンサ１の後端側として説明する。

図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持するセンサ素子１０の検出部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。

図２に示すように、センサ素子１０は軸線Ｏ方向に延びる板状をなし、酸素濃度の検出を行うガス検出体４０と、そのガス検出体４０を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体４５とが互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されたものである。ガス検出体４０はジルコニアを主体とする固体電解質体の両面に白金を主体とする一対の検出電極を設けたものを少なくとも１つ以上作成し、アルミナ等からなる絶縁体と共に積層して焼成したものである。検出電極はセンサ素子１０の先端側の検出部１１内に配置されており、内部に形成されたリード電極を介し、センサ素子１０の後端部１２にてガス検出体４０側の板面上に設けられた電極パッド４１，４２，４３と電気的に接続されている。また、ヒータ体４５は、アルミナ等から形成される絶縁体の間にタングステン等を主体とする発熱素子を埋設して焼成したものである。発熱素子は、同様に、センサ素子１０の検出部１１内に配置されており、内部に形成されたリード電極を介し、センサ素子１０の後端部１２にてヒータ体４５側の板面上に設けられた電極パッド４６，４７と電気的に接続されている。また、センサ素子１０の検出部１１には、検出電極を排気ガスによる被毒から保護するための多孔質体からなる保護層１５が、検出部１１の外周面を包むように形成されている。なお、本実施の形態ではセンサ素子１０を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子の構成としてヒータ体４５は必ずしも必要ではなく、ガス検出体４０が本発明の「検出素子」に相当する。

次に、図１に示すように、センサ素子１０の胴部１３の中央よりやや先端側には、カップ状をなす金属製の金属カップ２０が、自身の内部にセンサ素子１０を挿通させ、その検出部１１を筒底の開口２５から突出させた状態で配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内にセンサ素子１０を保持するための部材であり、筒底の縁部分の先端周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、自身をセンサ素子１０に挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、センサ素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。

金属カップ２０と一体となったセンサ素子１０は、その周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用の雄ねじ部５１が形成されている。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ８が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されており、その工具係合部５２の先端面と雄ねじ部５１の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット５５が嵌挿されている。更に、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒３０が係合される後端係合部５７と、その後端側に、主体金具５０内にセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３とが形成されている。

また、主体金具５０の内周で雄ねじ部５１付近には段部５４が形成されている。この段部５４には、センサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。更に、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身をセンサ素子１０に挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。スリーブ２７に押圧された滑石リング２６は主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびセンサ素子１０が主体金具５０内で位置決め保持される。主体金具５０内の気密は加締め部５３とスリーブ２７の肩部２８との間に介在される加締めパッキン２９によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。

このように、主体金具５０に保持されたセンサ素子１０は、その検出部１１が、主体金具５０の先端（先端係合部５６）より突出された状態となる。この先端係合部５６には、センサ素子１０の検出部１１を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ８が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。プロテクタ８は、側面に複数の孔を有した有底筒状の内側プロテクタ９０と、内側プロテクタ９０の外周面との間に空隙を有した状態で内側プロテクタ９０の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、側面に複数の孔を有した外側プロテクタ８０とから構成される２重構造を有する。

内側プロテクタ９０は、その外径が主体金具５０の先端係合部５６よりも小さく形成されており、開口端側（後端側）の基端部９１は、先端係合部５６に係合するように拡径されている。内側プロテクタ９０の側壁９２には、基端部９１寄りの位置に複数の内側導入孔９５が形成されている。内側導入孔９５は、後述する外側プロテクタ８０の外側導入孔８５を介して外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙に導入された排気ガスを、センサ素子１０の検出部１１が露出された内側プロテクタ９０内に導入するために開口されている。また、内側プロテクタ９０の側壁９２の先端側には、内部に向けて切り込み状に開口された水抜き孔９６が、外周面の周方向に設けられている。そして、内側プロテクタ９０の底壁９３にも、排出孔９７が開口されている。

次に、外側プロテクタ８０は、内側プロテクタ９０と同様に開口端側の基端部８１の外径が拡径されており、その基端部８１が、内側プロテクタ９０の基端部９１に係合されている。レーザ溶接は、外側プロテクタ８０の基端部８１を内側プロテクタ９０の基端部９１ごと先端係合部５６に固定するように、外側プロテクタ８０の基端部８１の外周を一周して行われている。また、この外側プロテクタ８０の先端側の端部８３は、内側プロテクタ９０の底壁９３付近にて内側プロテクタ９０の外周面に向けて内側に折り曲げられている。これにより、内側プロテクタ９０の外周面と外側プロテクタ８０の内周面との間の空隙が先端側にて閉塞されている。また、外側プロテクタ８０の側壁８２の先端側の外周面の周方向には、外側プロテクタ８０の外部と内部とを大気連通する複数の外側導入孔８５が形成されている。

一方、センサ素子１０の後端部１２は、主体金具５０の後端（加締め部５３）よりも後方に突出されており、その後端部１２には、絶縁性セラミックスからなるセパレータ６０が被せられている。図３に示すように、セパレータ６０は軸線Ｏ方向に延びる円柱形状をなし、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔６４を有している。その貫通孔６４の先端側（紙面下方側）は、センサ素子１０の後端部１２が挿入される挿入部６５として構成されている。また、貫通孔６４の内壁面には、軸線Ｏ方向に沿って溝状に延びる５本の溝部６１，６２，６３，６６，６７が形成されている。溝部６１，６２，６３の各溝底１６１，１６２，１６３と、溝部６６，６７の各溝底１６６，１６７とは互いに対向する向きに配置されており、軸線Ｏ方向と直交する方向が、各溝部６１〜６３，６６，６７の深さ方向となっている。そして、溝部６１〜６３は、センサ素子１０が挿入部６５に挿入された際に、それぞれがセンサ素子１０の一方の板面側に形成された電極パッド４１〜４３に対応する位置に形成されており、同様に、溝部６６，６７は、それぞれがセンサ素子１０の他方の板面側に形成された電極パッド４６，６７に対応する位置に形成されている。なお、セパレータ６０が、本発明における「コンタクト部材」に相当し、接続端子１１０，１２０，１３０が、本発明における「端子部材」に相当する。また、電極パッド４１，４２，４３，４６，４７が、本発明における「電極端子部」に相当する。

また、セパレータ６０の外周面において、軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側（紙面上方側）には、径方向に一周して突出する鍔状の鍔部６８が形成されている。更に、セパレータ６０の先端側の端部には、後述する接続端子１１０，１２０，１３０の各セパレータ係合部１４１，１４２が係合される係合台部６９が形成されている。接続端子１１０，１２０，１３０は、図１に示すように（図１ではそのうちの接続端子１１０，１３０を図示している。）、リード線７８の末端に取り付けられた状態でセパレータ６０内に収容され、センサ素子１０の電極パッド４１，４２，４３，４６，４７（図１ではそのうちの電極パッド４２，４７を図示している。）に当接し、センサ素子１０と外部回路（図示外）との電気的な接続を担うものである。

次に、図１に示すように、セパレータ６０が嵌められたセンサ素子１０の後端部１２の周囲を囲うように、筒状の外筒３０が配設されている。外筒３０はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製であり、主体金具５０の後端係合部５７の外周に自身の先端側の開口端３１が係合されている。その開口端３１は、外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて後端係合部５７に接合されており、外筒３０と主体金具５０とが一体に固定されている。

また、外筒３０とセパレータ６０との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ６０の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部６８を支持部７１に係止させて、セパレータ６０を支持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒３０の外周面が加締められ、セパレータ６０を支持した保持金具７０が外筒３０に固定されている。

そして外筒３０の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット７５が嵌合されている。グロメット７５は５つの挿通孔７６（図１ではそのうちの１つを図示している。）を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された５本のリード線７８が気密に挿通されている。この状態でグロメット７５は、セパレータ６０を先端側に押圧しつつ、外筒３０の外周から加締められて、外筒３０の後端に固定されている。

次に、接続端子１１０，１２０，１３０について説明する。上記したセパレータ６０の溝部６１，６２，６３，６６，６７内には、それぞれ、図４〜図６に示す、接続端子１１０，１３０，１２０，１２０，１１０が係止される。接続端子１１０，１２０，１３０は、それぞれＮｉを主成分（含有される成分のうち最も含有量の多い成分を意味する。）とするＮｉ基合金から形成された導電性の金具である。接続端子１１０，１２０，１３０は、センサ素子１０と外部回路（図示外）との電気的な接続を図るため、リード線７８の末端に取り付けられて、それぞれが対応する電極パッド４１〜４３，４６，４７に当接するように設けられるものである。

まず、図４に示す接続端子１１０について説明する。図４に示す、接続端子１１０は、軸線Ｏ方向に長細く延びる板状のフレーム部１１１を有する。フレーム部１１１の後端（紙面上方側）には、リード線７８（図１参照）の芯線を加締めることにより電気的に接続する接続部１１２が形成されている。また、フレーム部１１１の先端部１１３からは、フレーム部１１１を延長させた形態の折り返し部１１４が延出されている。この折り返し部１１４は、フレーム部１１１の先端部１１３において軸線Ｏ方向の後端側に向けてフレーム部１１１の一方の面（以下、フレーム部１１１の「主面１１７」という。）を内側にして折り返されており、軸線Ｏ方向における略中央部分がフレーム部１１１から遠ざかるように全体が弓状に湾曲されている。そして、折り返し部１１４の軸線Ｏ方向における上記略中央部分は、更に、フレーム部１１１の主面１１７から遠ざかる向きに山折り状に突出されており、その部位が、センサ素子１０の電極パッド４１（もしくは電極パッド４７）に当接するための接点部１１６として構成されている。この接点部１１６の内面側（フレーム部１１１の主面１１７側）の面である谷部１１９は、緩やかに撓る弓状の折り返し部１１４のうち最も鋭角に折れ曲がった部分となる。

また、折り返し部１１４の延出先端側の端部（軸線Ｏ方向の後端側の端部）は、フレーム部１１１の主面１１７から遠ざかる方向に折り曲げられており、折り返し部１１４がフレーム部１１１に向けて押圧された際に、主面１１７に当接して折り返し部１１４を支えるフレーム当接部１１５として構成されている。つまり、折り返し部１１４の接点部１１６は、弓状をなす折り返し部１１４の先端側の端部であるフレーム部１１１の先端部１１３と、後端側の端部であるフレーム当接部１１５とを支点に、フレーム部１１１の主面１１７に対して接離可能に弾性支持されている。

フレーム部１１１の先端部１１３近傍でフレーム部１１１の長手側の一方の側面には、主面１１７とは反対側の他方の面（以下、フレーム部１１１の「裏面１１８」という。）側に延びるセパレータ係合部１４１が形成されている。このセパレータ係合部１４１は、接続端子１１０がセパレータ６０の溝部６１内または溝部６７内に配置された際に、セパレータ６０（図３参照）の係合台部６９に設けられた溝状の部位に係合し、接続端子１１０を溝部６１，６７内に係止させるために設けられている。

次に、図５に示す接続端子１２０は接続端子１１０と略同形状をなすものであり、フレーム部１１１の先端部１１３近傍でフレーム部１１１の長手側の他方の側面に、セパレータ係合部１４１とは鏡像体をなし係合台部６９（図３参照）に係合するセパレータ係合部１４２が、セパレータ係合部１４１の代わりに形成されたものである。また、図６に示す接続端子１３０は、上記セパレータ係合部１４１およびセパレータ係合部１４２が共に設けられると共に、フレーム部１１１の軸線Ｏ方向における略中央から接続部１１２に至るまでの後端部１３９が主面１１７側にＳ字状に屈曲されたものである。

図１に示すように、上記形状の接続端子１１０，１２０，１３０（図１ではそのうちの接続端子１２０，１３０を図示している。）がそれぞれセパレータ６０の溝部６１，６２，６３，６６，６７に係止された際には、接続端子１１０，１２０，１３０に接続される５本のリード線７８（図１ではそのうちの３本を図示している。）は、接続端子１３０に接続されるリード線７８を中心に他のリード線７８が四隅に配置される。また、接続端子１１０，１２０，１３０は、各フレーム部１１１の裏面１１８がそれぞれ対応する溝部６１，６２，６３，６６，６７の溝底１６１，１６２，１６３，１６６，１６７に当接した状態で、セパレータ係合部１４１，１４２がセパレータ６０の係合台部６９に係合することで係止されている。そして、接続端子１１０，１２０，１３０とリード線７８との接続部分は、セパレータ６０内に収容される。

このような構成のガスセンサ１では、その製造過程における組み立ての際に、図７に示すように、センサ素子１０の後端部１２にセパレータ６０が嵌められる。そして、上記したように、セパレータ６０の各溝部６１，６２，６３，６６，６７に配設された接続端子１１０，１３０，１２０，１２０，１１０の各接点部１１６は、各フレーム部１１１の裏面１１８がそれぞれ対応する溝底１６１，１６２，１６３，１６６，１６７に当接されることで、挿入部６５内に向けられている（図７では溝部６１，６６に係止された各接続端子１１０，１２０の各接点部１１６を図示している。）。各接点部１１６は、挿入部６５内で、それぞれの接続端子１１０，１２０，１３０の部位の内で最も軸線Ｏに近い位置に配置され、各フレーム部１１１は、挿入部６５内で、それぞれの接続端子１１０，１２０，１３０の部位の内で最も軸線Ｏに遠い位置に配置されることとなる。

センサ素子１０は、セパレータ６０の挿入部６５にその後端部１２側から挿入されるが、このとき、溝部６１，６２，６３の各溝底１６１，１６２，１６３と、溝部６６，６７の各溝底１６６，１６７との対向方向を厚み方向として向きが合わせられる。そして、電極パッド４１，４２，４３，４６，４７がそれぞれ溝部６１，６２，６３，６６，６７に対応するように貫通孔６４の内壁に案内されつつ挿入される。

図８に示すように、セパレータ６０の挿入部６５にセンサ素子１０の後端部１２が挿入されると、センサ素子１０の後端部１２が電極パッド４１，４２，４３，４６，４７の各折り返し部１１４に当接する。弓状の折り返し部１１４は、先端部１１３を支点としてフレーム部１１１に近づくように押圧される。更にフレーム当接部１１５がフレーム部１１１に当接すると、折り返し部１１４は、先端部１１３とフレーム当接部１１５とを支点とし、接点部１１６がセンサ素子１０の後端部１２にフレーム部１１１に近づくように押圧される。そして折り返し部１１４は、弓状形状が伸ばされるように弾性変形される。このとき、山折り状に突出された接点部１１６は、折り返し部１１４の変形に伴い、山が潰され扁平に近づくように変形される。接点部１１６として突出した部分の内面側である谷部１１９は、折り返し部１１４の変形に伴い広げられるが、この谷部１１９は、折り返し部１１４のうちで最も鋭角に折れ曲がった部分であるため、広げられることにより生ずる引っ張り応力は折り返し部１１４のその他の部位よりも大きくかかる。そしてこの状態でガスセンサ１として完成されると、谷部１１９は、広げられた状態で維持されることとなる。つまり、ガスセンサ１として完成後、接続端子１１０，１２０，１３０のそれぞれの接点部１１６の内面側である谷部１１９には、引っ張り応力が加えられた状態で維持されることとなる。更に谷部１１９は、排気ガスやセンサ素子１０のヒータ体４５の加熱によって限界応力が低下する。

そこで本実施の形態では、接続端子１１０，１２０，１３０の原材料として、インコネル（登録商標）７１８（ＪＩＳ ＮＣＦ７１８）に対し１０１０℃で固溶化処理を施したアニール材を用いている。このアニール材を加工し、時効硬化処理を施して作製される接続端子１１０，１２０，１３０は、その表面の結晶粒の大きさが、より小さくなり、ＪＩＳ Ｇ０５５１に基づく結晶粒度番号では８．５以上となる。

ここで、インコネル７１８は、高温強度と耐食性を兼ね備えバネ特性を有する時効硬化型のＮｉ基合金であり、その組成を、「Ｎｉ：５０〜５５ｗｔ％，Ｃｒ：１７〜２１ｗｔ％，Ｎｂ：４．７〜５．５ｗｔ％，Ｍｏ：２．８〜３．３ｗｔ％，Ｔｉ：０．６５〜１．１５ｗｔ％，Ａｌ：０．２〜０．８ｗｔ％，Ｃｏ：１．０ｗｔ％以下，Ｃ：０．０８ｗｔ％以下，Ｍｎ：０．３５ｗｔ％以下，Ｓｉ：０．３５ｗｔ％以下，Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下，Ｓ：０．０１５ｗｔ％以下，Ｂ：０．００６ｗｔ％以下，Ｃｕ：０．３ｗｔ％以下，Ｆｅ：残部」としたものである。

上記のように、結晶粒度番号が８．５以上である接続端子１１０，１２０，１３０は、結晶粒が細かくなることにより粒成長が抑制されるため、表面における結晶粒界割れが発生しにくくなり、クラックや割れ等が生じにくくなる。この構成は特に、上記した本実施の形態の接続端子１１０，１２０，１３０のように、常時、引っ張り応力が加えられた状態で維持され、更に高温の排気ガスやヒータ体の加熱等により限界応力が低下した部品に対して有効である。

［実施例１］
このように引っ張り応力および熱負荷のかかる接続端子１１０，１２０，１３０が、ＪＩＳ Ｇ０５５１に基づく結晶粒度番号で８．５以上の小さな結晶粒を有するように作製されることによる効果を確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、インコネル７１８に１０１０℃で固溶化処理を施したアニール材を原材料とし（以下、「材料Ａ」とする。）、これを接続端子形状に加工し、更に時効硬化処理を施して作製した接続端子のサンプル（第１サンプル）を１０個用意した。更に、その比較例として、インコネル７１８に１０６０℃で固溶化処理を施したアニール材を原材料とし（以下、「材料Ｂ」とする。）、接続端子形状に加工し、更に時効硬化処理を施して作製した、従来のガスセンサに用いられている接続端子のサンプル（第２サンプル）を１０個用意した。

まず、作製された接続端子の第１サンプルおよび第２サンプルの表面を顕微鏡で観察し、結晶粒の大きさをそれぞれ基準となるＪＩＳ粒度標準図（図示外）と比較し、結晶粒度番号を調べた。その結果、第１サンプルの結晶粒の大きさが、結晶粒度番号で９．０に相当する大きさであり、第２サンプルの結晶粒の大きさは、結晶粒度番号で７．５に相当する大きさであることが確認できた。なお、第１サンプル，第２サンプルの表面の参考写真をそれぞれ図９，図１０に示す。図９および図１０に示すように、両サンプルの表面の顕微鏡写真（倍率４００倍）を比較すると、明らかに、第１サンプルの結晶粒の大きさが、第２サンプルの結晶粒の大きさよりも小さいことがわかる。

次に、各サンプルそれぞれを２枚のアルミナ製の基板間に挟み込み、本実施の形態の接続端子１１０，１２０，１３０がガスセンサ１に組み付けられた場合と同様の状態（谷部１１９に引っ張り応力がかかった状態）を再現するため、両基板間の距離が２．１ｍｍとなるように荷重を加えた。具体的には、一方の基板を折り返し部の接点部に当接させ、他方の基板をフレーム部の裏面に当接させた状態（荷重を加える前の状態で両基板間は３．４ｍｍ）で、両基板間に荷重を加え、接点部をフレーム部の主面に近づけて両者間の距離が２．１ｍｍとなるようにした。これにより、先端部とフレーム当接部とを支点として弓状形状が伸ばされるように弾性変形される折り返し部の谷部は広げられ、本実施の形態の接続端子１１０，１２０，１３０の谷部１１９にかかる引っ張り応力と同等の応力がかけられた状態となった。その状態で、各サンプルを、本実施の形態のグロメット７５に相当するフッ素系ゴム部材と共に密閉容器に収容し、７００℃で１０時間、蒸し焼きにして、各サンプルに熱負荷を加えた。なお、インコネル７１８の耐熱限界温度は７００℃前後である。そして各サンプルの回収後、それぞれ谷部の様子を観察した。この評価試験の結果を表１に示す。

表１に示すように、材料Ａを用いて作製した接続端子の第１サンプルでは、１０個のサンプルのうち２個のサンプルの谷部にクラックが生じていた（クラック発生率は２０％）。一方、材料Ｂを用いて作製した接続端子の第２サンプルでは、１０個のサンプルのうち５個のサンプルの谷部にクラックが生じていた（クラック発生率５０％）。これより、表面の結晶粒の大きい第２サンプルは、結晶粒の小さい第１サンプルと比べ十分な粒成長の抑制がなされず、粒界割れが生じクラックが発生し易くなることが確認できた。

［実施例２］
次に、上記第１サンプルと同様の第３サンプル、第５サンプルと、上記第２サンプルと同様の第４サンプル、第６サンプルとを各１０個ずつ作製した。そして、実施例１と同内容の評価試験で加熱温度を、より熱負荷の低い６００℃で、第３，第４サンプルについては４０時間、第５，第６サンプルについては９０時間行った。そして各サンプルの回収後、それぞれ谷部の様子を観察した。この評価試験の結果を表２に示す。

表２に示すように、材料Ａを用いて作製した接続端子の第３サンプル，第５サンプルでは、長時間の熱負荷を加えても谷部にクラックは発生しなかった。一方、材料Ｂを用いて作製した接続端子のサンプルでは、４０時間の熱負荷を加えた第４サンプルで谷部にクラックが生じたものはなかったが、９０時間の熱負荷を加えた第６サンプルでは、１０個中２個のサンプルにおいて、谷部にクラックが生じていた（クラック発生率２０％）。

この評価試験の結果より、材料Ｂを用いて作製し結晶粒度番号が７．５となった接続端子よりも、材料Ａを用いて作製し結晶粒度番号が９．０となった接続端子では、表面の結晶粒の大きさが小さくなり粒成長が抑制されるため、特に引っ張り応力が大きくかかる谷部において、熱負荷が加えられても、クラックや割れの発生を十分に防止できることが確認できた。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、本実施の形態では接続端子１１０，１２０，１３０の原材料として、インコネル７１８に１０１０℃で固溶化処理を施したアニール材を用いたが、インコネル７５０に対し同様の固溶化処理を施して形成したアニール材を原材料として用いてもよい。なお、インコネル７５０は、高温強度と耐食性を兼ね備えバネ特性を有する時効硬化型Ｎｉ基合金であり、その組成を、「Ｎｉ：７０ｗｔ％以上，Ｃｒ：１４〜１７ｗｔ％，Ｆｅ：５〜９ｗｔ％，Ｎｂ：０．７〜１．２ｗｔ％，Ｔｉ：２．２５〜２．７５ｗｔ％，Ａｌ：０．４〜１．０ｗｔ％，Ｍｎ：１．０ｗｔ％以下，Ｓｉ：０．５ｗｔ％以下，Ｃｕ：０．５ｗｔ％以下，Ｓ：０．０１ｗｔ％以下，Ｃ：０．０８ｗｔ％以下」としたものである。

また、接続端子１１０，１２０，１３０の原材料となるアニール材を作製するにあたってインコネル７１８に施す固溶化処理は１０１０℃で行ったが、これに限らず、接続端子１１０，１２０，１３０として形成された後に結晶粒度番号が８，５以上とすることができるように、インコネル７１８あるいはインコネル７５０に対する固溶化処理が行われればよい。

また、接続端子１１０，１２０，１３０は、弓状をなす折り返し部１１４が、先端部１１３とフレーム当接部１１５とを支点として弾性的に撓むことにより、軸線Ｏ方向における略中央部分に設けられた接点部１１６がフレーム１１１に対し接離可能となる形態であるが、図１１に示す接続端子１５０のように、折り返し部１５４の撓みの支点を先端部１５３のみとし、フレーム当接部１１５がない構成としてもよい。このような接続端子１５０であっても接点部１５６の内面側の谷部１５９には引っ張り応力がかかるため、本実施の形態と同様に結晶粒度番号が８．５以上となるように接続端子１５０を構成すれば、クラックや割れ等を防止することができる。

また、ガスセンサ１として、全領域空燃比センサを例に説明したが、これに限らず、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサなど、素子の電極端子部との電気的な接続をなす端子部材が、電極端子部に対し弾性的に当接する形態を有するセンサであってもよい。電極端子部との当接によって当接される側と反対側の面に常時引っ張り応力がかかると共に、熱負荷がかかる端子部材に対し、本発明を好適に適用することができる。

酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサなど、素子の電極端子部に弾性的に当接して電気的な接続を図ると共に、熱負荷がかかる環境下において使用される端子部材を用いたセンサに適用することができる。

ガスセンサ１の縦断面図である。 センサ素子１０の斜視図である。 セパレータ６０の一部断面斜視図である。 接続端子１１０の斜視図である。 接続端子１２０の斜視図である。 接続端子１３０の斜視図である。 接続端子１１０，１２０，１３０を配設したセパレータ６０の挿入部６５内にセンサ素子１０を挿入する前の状態を示す断面図である。 接続端子１１０，１２０，１３０を配設したセパレータ６０の挿入部６５内にセンサ素子１０を挿入した後の状態を示す断面図である。 結晶粒度番号が９．０であるＮｉ基合金を用いて作製した接続端子のフレーム部の表面を顕微鏡を用い４００倍の倍率にて観察した写真である。 結晶粒度番号が７．５であるＮｉ基合金を用いて作製した接続端子のフレーム部の表面を顕微鏡を用い４００倍の倍率にて観察した写真である。 変形例としての接続端子１５０の斜視図である。

符号の説明

１ ガスセンサ
１０ センサ素子
１１ 検出部
１２ 後端部
４０ ガス検出体
４１，４２，４３，４６，４７ 電極端子部
６０ セパレータ
６１，６２，６３，６６，６７ 溝部
１１０，１２０，１３０ 接続端子
１１１ フレーム部
１１３ 先端部
１１４ 折り返し部
１１５ フレーム当接部
１１６ 接点部
１５０ 接続端子
１５１ フレーム部
１５３ 先端部
１５４ 折り返し部
１５６ 接点部

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端部が被検出ガスに向けられると共に、自身の後端部に電極端子部が形成される検出素子と、
   絶縁材料からなり、前記検出素子の後端部を挿入するための挿入部、および該挿入部の内壁面にて前記軸線方向に沿って溝状に延びる複数の溝部が形成されたコンタクト部材と、
   前記複数の溝部のうちの少なくとも一つの溝部に係合した状態で配置され、前記検出素子と前記コンタクト部材との間に挟持されると共に、前記電極端子部に電気的に接続される端子部材と
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記端子部材は、少なくともＡｌ，Ｃｒ，Ｔｉを含み、Ｎｉが５０ｗｔ％以上含有された時効硬化型のＮｉ基合金からなり、且つ、その硬度が、ビッカース硬さで４００ＨＶ以上であると共に、ＪＩＳ Ｇ０５５１に基づく前記端子部材の表面の結晶粒度番号が、８．５以上であることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記端子部材は、
   前記軸線方向に延び、前記コンタクト部材の前記溝部内に配置されるフレーム部と、
   該フレーム部の前記軸線方向における先端から前記軸線方向の後端側に向けて折り返されて延設されると共に、自身の少なくとも一部が前記フレーム部と前記検出素子との間に配置される折り返し部と
   を有し、
   前記折り返し部は、
   前記折り返し部の前記軸線方向の後端側で、前記フレーム部の前記検出素子側の面に当接するフレーム当接部と、
   前記フレーム部の先端と前記フレーム当接部との間の位置にて、両者を支点に前記フレーム部から遠ざかる方向へ付勢されると共に、前記検出素子の前記電極端子部に当接する接点部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記端子部材は、
   前記軸線方向に延び、前記コンタクト部材の前記溝部内に配置されるフレーム部と、
   該フレーム部の前記軸線方向における先端から前記軸線方向の後端側に向けて折り返されて延設されると共に、自身の少なくとも一部が前記フレーム部と前記検出素子との間に配置される折り返し部と
   を有し、
   前記折り返し部は、該折り返し部の前記軸線方向の後端側にて、前記フレーム部の前記先端を支点に前記フレーム部から遠ざかる方向へ付勢されると共に、前記検出素子の前記電極端子部に当接する接点部を有することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。