JP2008256520A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】端子金具をセパレータに収容する工程における端子金具の連結部の変形を抑制する
【解決手段】端子金具９は、酸素センサ１のセパレータ７の挿通孔７４内に収容されるセパレータ収容部９１と、検出素子２の内部に収容される検出素子収容部９２と、セパレータ収容部９１と検出素子収容部９２とを連結する連結部９３とを備える。セパレータ収容部９１は、リード線２２の先端を加締めるコンタクト部９４と、挿通孔７４の内周面を付勢する付勢部９６とを備える。また検出素子収容部９２は、検出素子２の内部に挿入されることにより内側電極２７に当接して端子金具９と検出素子２と電気的に接続する素子当接部９８と、セラミックヒータ３を把持するヒータ把持部９９とから構成される。また連結部９３は、その表面上に、ダボ加工による凸部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出素子とリード線とを電気的に接続する端子金具とを備えたセンサに関する。

従来、先端が閉じた有底筒状に形成され被測定成分を検出する検出素子と、検出素子の内部に配置されて検出素子を加熱するヒータと、検出素子を保持する主体金具と、検出素子の後端部分を内部に収容する主体金具の後端側に係合される外筒とを備えるセンサが知られている。

そして、このようなセンサは、外筒の後端開口部を通じて外筒の外部から外筒の内部に配設されて検出素子に接続されるリード線と、検出素子とリード線とを電気的に接続する端子金具と、端子金具の一部分を収容するためにリード線を挿通可能に貫通する挿通孔が形成されたセパレータとを備えて構成されている。

このように構成されたセンサの中には、ヒータを支持するヒータ支持部とリード線を支持するリード線支持部とを有する端子金具を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−５３４２５号公報 （第２図）

上述のようにヒータ支持部とリード線支持部とを有する端子金具を備えるセンサを製造するには、図３に示すように、端子金具２１０のヒータ支持部２１１でヒータ２００を支持するとともに、端子金具２１０のリード線支持部２１２でリード線２３０の一端を支持し、更にヒータ２００の後端部２０１をセパレータ２２０の先端面２２１に形成された凹部２２４に収容した状態で、セパレータ２２０の先端面２２１側から後端面２２２側へ（図中の矢印ＹＪ１参照）リード線２３０を挿通孔２２３に挿通することにより、端子金具２１０のリード線支持部２１２を、セパレータ２２０の挿通孔２２３内に収容する工程（以下、端子金具収容工程という）を行う必要がある。

尚、リード線支持部２１２には、リード線支持部２１２が挿通孔２２３内に収容されている場合に挿通孔２２３の内周面を付勢する付勢部２１３が形成されている。これにより、リード線支持部２１２が挿通孔２２３内に配置されると、リード線支持部２１２がセパレータ２２０内に保持される。

しかしながら、付勢部２１３が内周面を付勢することにより発生する反力が、リード線支持部２１２とヒータ支持部２１１とを連結する連結部２１４に作用し、これにより、連結部２１４が変形して矢印ＹＪ２に示す方向に曲がってしまうことがあった。これは、リード線２３０の軸線ＪＨ１３とヒータ２００の軸線ＪＨ１１とが異なる位置にあることに起因する。これにより、軸線ＪＨ１３上に配置されたリード線支持部２１２と軸線ＪＨ１１上に配置されたヒータ支持部２１１との軸線も異なる位置となるので、リード線２３０を挿通孔２２３に挿通すると、連結部２１４に作用してヒータ２００が曲がってしまうのである。

この結果、ヒータ２００の軸線ＪＨ１１と、セパレータの軸線ＪＨ１２とがずれてしまい、ヒータ２００を検出素子の内部に挿入する工程を行う場合に、ヒータ２００の挿入性が悪化するという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、端子金具をセパレータに収容する工程における端子金具の連結部の変形を抑制する技術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なされた請求項１に記載の発明は、軸線方向に延びると共に先端が閉じた有底筒状に形成され、被測定成分を検出する検出素子と、検出素子の内部に配置され、検出素子を加熱する棒状のヒータと、検出素子の先端側を被測定物に晒すように検出素子を保持する主体金具と、軸線方向に延びる先端および後端が開口した筒型形状であり、検出素子の後端側を内部に収容するように主体金具の後端側に係合される外筒と、外筒の後端開口部を通じて外筒の外部から外筒の内部に挿通され、ヒータの軸線と異なる軸線上に配設される複数のリード線と、検出素子とリード線とを電気的に接続する複数の端子金具と、軸線方向に延びる柱形状であり、端子金具を収容するためにリード線が挿通可能に軸線方向に沿って貫通する挿通孔が形成されるとともに、ヒータの後端部を収容可能な凹部が先端側に形成されて、外筒の内部に配置されるセパレータとを備えるセンサであって、複数の端子金具のうち少なくとも１つは、ヒータを支持し、ヒータの軸線上に延びるヒータ支持部と、リード線を支持し、リード線の軸線上に延びるリード線支持部と、リード線支持部に形成されて、リード線支持部がセパレータの挿通孔内に収容されている場合に該挿通孔の内周面を付勢する付勢部と、リード線支持部とヒータ支持部とを連結する連結部とを有し、連結部に、凸部が形成されていることを特徴とするセンサである。

このように構成されたセンサでは、当該センサを製造する場合に、端子金具のヒータ支持部でヒータを支持するとともに端子金具のリード線支持部でリード線の一端を支持し、更にヒータの後端部をセパレータの凹部に収容した状態で、セパレータの先端面側から後端面側へリード線をセパレータの挿通孔に挿通する工程（以下、端子金具収容工程という）を行うことにより、端子金具のリード線支持部を、セパレータの挿通孔内に収容することができる（図３参照）。また、セパレータの挿通孔内に収容内に端子金具のリード線支持部が収容された状態で端子金具の付勢部がセパレータの挿通孔の内周面を付勢することにより、端子金具をセパレータの挿通孔内に保持することができる。

そして、端子金具の連結部に凸部が形成されているために、凸部が形成されていない場合と比較して連結部の剛性を向上させることができる。
このため、リード線の軸線とヒータの軸線とが異なる位置にあり、且つリード線の軸線上に配置されたリード線支持部とヒータの軸線上に配置されたヒータ支持部との軸線が異なったとしても、端子金具収容工程を行う場合に、セパレータの挿通孔の内周面を端子金具の付勢部が付勢することにより発生する反力が端子金具の連結部に作用しても、この反力により連結部が変形することを抑制できる。

これにより、端子金具収容工程でヒータの軸線方向とセパレータの軸線方向とがずれてしまうことを抑制でき、ヒータを検出素子の内部に挿入する工程を行う場合にヒータの挿入性を向上させることができる。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態の酸素センサ１の全体構成を表す断面図、図２は端子金具９の正面図である。

尚、本実施形態においては、図１中の酸素センサ１の下端側が本発明における「センサの先端側」に相当し、同様に、酸素センサ１の上端側が「センサの後端側」に相当する。
酸素センサ１は、図１に示すように、ＺｒＯ₂を主成分とする固体電解質体により軸線方向に延びて先端が閉じた有底筒状の検出素子２，検出素子２内に配置されて検出素子２を加熱する棒状のセラミックヒータ３，酸素センサ１の内部構造物を収容するとともに酸素センサ１を排気管等の取付部に固定するケーシング４等から構成されている。

これらのうちケーシング４は、検出素子２を保持するとともにその検出部２５を排気管等の内部に突出させる主体金具５と、主体金具５の上部に延設されて検出素子２との間で基準ガス空間を形成する外筒６とから構成されている。

また主体金具５は、円筒状の本体を有し、検出素子２を下方から支持する支持部材５１，支持部材５１の上部に充填される滑石粉末からなる充填部材５２，充填部材５２を上方から押圧するスリーブ５３等を内部に収容する。

即ち、主体金具５の下端側の内周には、内向き突出した段部５４が設けられており、この段部５４にパッキン５５を介して支持部材５１が係止されることにより、検出素子２が下方から支持されている。そして、支持部材５１の上側における主体金具５の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５２が配設され、さらにこの充填部材５２の上側に筒状のスリーブ５３及びパッキン５６が順次同軸状に内挿された状態で主体金具５の上端部が内方（下方）に加締められることで、充填部材５２が加圧充填され、それにより、検出素子２が主体金具５に対してしっかりと固定されている。また、主体金具５の下端側外周には、検出素子２の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ５７，５８が溶接によって取り付けられている。

そして、主体金具５の上部開口部を覆うように外筒６の下端開口端部が当該主体金具５に外挿された後、この下端開口端部に外方から溶接が施され、外筒６が主体金具５に装着されている。

また、外筒６の上端開口部６１近傍には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ７が内挿されている。
セパレータ７は、その軸方向中央付近の外周面に外側に突出したフランジ部７１を有し、外筒６が外方から加締められることにより、このフランジ部７１の下端面が外筒６上部に係止される態様で外筒６内に保持されている。

またセパレータ７は、後端面７２から先端面７３に向けて貫通する複数の挿通孔７４と、セラミックヒータ３の後端部３１を収容可能に先端面７３に形成された凹部７５とを備えている。そしてセパレータ７は、検出素子２の外周面に配置された外側電極２６からリード線２１の先端に延びる端子金具８と、検出素子２の内周面に配置された内側電極２７からリード線２２の先端に延びる端子金具９とをそれぞれ異なる挿通孔７４内に収容して、端子金具８と端子金具９との絶縁性、及び端子金具８，９と外筒６との絶縁性を保持している。

端子金具８は、１枚の金属板（例えば、ステンレス鋼板）によって構成され、セパレータ７の挿通孔７４内に収容される収容部８１と、外側電極２６に当接して端子金具８と検出素子２とを電気的に接続する素子当接部８２と、収容部８１と素子当接部８２とを連結する連結部８３とを備える。

これらのうち収容部８１は、リード線２１の先端を加締めてリード線２１と端子金具８とを電気的に接続するコンタクト部８４と、コンタクト部８４から連結部８３に至るまで引き出された引出し部８５と、挿通孔７４の内周面を付勢するために引出し部８５から突出する付勢部８６とを備える。この付勢部８６が挿通孔７４の内周面を付勢することにより、端子金具８がセパレータ７の挿通孔７４内に保持される。

また端子金具９は、１枚の金属板（例えば、ステンレス鋼板）によって構成され、セパレータ７の挿通孔７４内に収容されるセパレータ収容部９１と、検出素子２の内部に収容される検出素子収容部９２と、セパレータ収容部９１と検出素子収容部９２とを連結する連結部９３とを備える。

これらのうちセパレータ収容部９１は、リード線２２の先端を加締めてリード線２２と端子金具９とを電気的に接続するコンタクト部９４と、コンタクト部９４から連結部９３に至るまで引き出された引出し部９５と、挿通孔７４の内周面を付勢するために引出し部９５から突出する付勢部９６とを備える。この付勢部９６が挿通孔７４の内周面を付勢することにより、端子金具９がセパレータ７の挿通孔７４内に保持される。

また検出素子収容部９２は、内側電極２７に当接して端子金具９と検出素子２と電気的に接続する素子当接部９８と、セラミックヒータ３を把持するヒータ把持部９９とから構成される。尚、素子当接部９８は、図２に示すように、周方向の一部に開口９７を有し軸方向ＪＨ１に直交する断面が略馬蹄形状となるように形成されている。

また連結部９３は、その表面上に、ダボ加工による凸部１００が形成されている。また付勢部９６は、引出し部９５の中央部を、図２中上向きに開口したコ字形に切断して、この切断片を斜め下向きに傾斜させて突出させることにより設けられている。

さらに図１に示すように、外筒６の上端開口部６１には、検出素子２の電極に夫々接続されるリード線２１，２２を夫々外部に引き出すとともに、酸素センサ１内部への水分や油分の侵入を防止するシールユニット１０が設けられている。

このシールユニット１０は、フッ素ゴムからなる円柱状のグロメット１１と、このグロメット１１の中央を軸方向に貫通する貫通孔１４に嵌挿可能な筒状挿入部材１６と、この筒状挿入部材１６の上端部（大気側端部）を覆うとともに、これらグロメット１１の貫通孔１４の内周面と筒状挿入部材１６の外周面との間に挟持されて固定されるシート状の通気フィルタ１７とから構成されている。

そしてグロメット１１には、上記貫通孔１４と、リード線２１，２２を挿通するための挿通孔１５とが形成されている。
また通気フィルタ１７は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも高い加熱温度で一軸方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（例えば、商品名：ゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許容する通気フィルタとして構成されている。

そして、これらグロメット１１，通気フィルタ１７及び筒状挿入部材１６の組付けの際には、通気フィルタ１７が筒状挿入部材１６の大気側端部とその外周面とを覆うように筒状挿入部材１６に被せられ、この状態で筒状挿入部材１６とともに貫通孔１４に挿入される。このようにして、通気フィルタ１７は、筒状挿入部材１６の外周面と貫通孔１４の内周面との間に挟まれ、通気経路を塞いだ状態で固定される。

そして、このように形成されたシールユニット１０が、外筒６の上端開口部６１の内側に配置され、グロメット１１が、外筒６を介して径方向に加締められる。こうして、外筒６及びグロメット１１が密着し、そのシール性がより確実なものとされる。そして、この通気フィルタ１７により通気性及び防水性を保持しつつ、大気側から筒状挿入部材１６の内部に形成された通気経路を介して基準ガス空間に空気が導入される。

このように構成された酸素センサ１では、当該酸素センサ１を製造する場合に、端子金具９の検出素子収容部９２のヒータ把持部９９でセラミックヒータ３を支持するとともに端子金具９のセパレータ収容部９１のコンタクト部９４でリード線２２の一端を支持し、更にセラミックヒータ３の後端部をセパレータ７の凹部７５に収容した状態で、セパレータ７の先端面７３側から後端面７２側へリード線２２をセパレータ７の挿通孔７４に挿通する工程（以下、端子金具収容工程という）を行うことにより、端子金具９のセパレータ収容部９１を、セパレータ７の挿通孔７４内に収容することができる。また、端子金具９の付勢部９６がセパレータ７の挿通孔７４の内周面を付勢することにより、端子金具９をセパレータ７の挿通孔７４内に保持することができる。

そして、端子金具９の連結部９３にダボ加工による凸部１００が形成されているために、凸部１００が形成されていない場合と比較して連結部９３の剛性を向上させることができる。

このため、端子金具収容工程を行う場合に、セパレータ７の挿通孔７４の内周面を端子金具９の付勢部９６が付勢することにより発生する反力が端子金具９の連結部９３に作用しても、この反力により連結部９３が変形することを抑制できる。

これにより、リード線２２の軸線ＪＨ１３とヒータの軸線ＪＨ１１とが異なる位置にあり、且つリード線２２の軸線ＪＨ１３上に配置されたコンタクト部９４とヒータ３の軸線ＪＨ１１上に配置されたヒータ把持部９９との軸線が異なったとしても、端子金具収容工程でセラミックヒータ３の軸線方向とセパレータ７の軸線方向とがずれてしまうことを抑制でき、セラミックヒータ３を検出素子２の内部に挿入する工程を行う場合にセラミックヒータ３の挿入性を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、酸素センサ１は本発明におけるセンサ、セラミックヒータ３は本発明におけるヒータ、ヒータ把持部９９は本発明におけるヒータ支持部、コンタクト部９４は本発明におけるリード線支持部である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば、本実施形態では、酸素センサで用いられる端子金具を示したが、酸素センサに限定されるものではなく、ヒータとセパレータを備えたセンサであればよい。

酸素センサ１の全体構成を表す断面図である。 端子金具９の正面図である。 端子金具収容工程における従来の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１…酸素センサ、２…検出素子、３…セラミックヒータ、４…ケーシング、５…主体金具、６…外筒、７…セパレータ、８，９…端子金具、１０…シールユニット、１１…グロメット、２１，２２…リード線、７４…挿通孔、７５…凹部、９１…セパレータ収容部、９２…検出素子収容部、９３…連結部、９４…コンタクト部、９５…引出し部、９６…付勢部、９８…素子当接部、９９…ヒータ把持部、１００…凸部

Claims (1)

1. 軸線方向に延びると共に先端が閉じた有底筒状に形成され、被測定成分を検出する検出素子と、
   前記検出素子の内部に配置され、前記検出素子を加熱する棒状のヒータと、
   前記検出素子の先端側を被測定物に晒すように前記検出素子を保持する主体金具と、
   前記軸線方向に延びる先端および後端が開口した筒型形状であり、前記検出素子の後端側を内部に収容するように前記主体金具の後端側に係合される外筒と、
   前記外筒の後端開口部を通じて前記外筒の外部から前記外筒の内部に挿通され、前記ヒータの軸線と異なる軸線上に配設される複数のリード線と、
   前記検出素子と前記リード線とを電気的に接続する複数の端子金具と、
   前記軸線方向に延びる柱形状であり、前記端子金具を収容するために前記リード線が挿通可能に前記軸線方向に沿って貫通する挿通孔が形成されるとともに、前記ヒータの後端部を収容可能な凹部が先端側に形成されて、前記外筒の内部に配置されるセパレータと
   を備えるセンサであって、
   前記複数の端子金具のうち少なくとも１つは、
   前記ヒータを支持し、前記ヒータの軸線上に延びるヒータ支持部と、
   前記リード線を支持し、前記リード線の軸線上に延びるリード線支持部と、
   前記リード線支持部に形成されて、該リード線支持部が前記セパレータの前記挿通孔内に収容されている場合に該挿通孔の内周面を付勢する付勢部と、
   前記リード線支持部と前記ヒータ支持部とを連結する連結部とを有し、
   前記連結部に、凸部が形成されている
   ことを特徴とするセンサ。

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