JP2013019670A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ素子と接続端子金具の間の電気的な接続の信頼性を確保すると共に、センサ素子を小型化する。
【解決手段】ガスセンサは、先端部外表面に設けられた外側電極と、外側電極から後端部側外表面へと延出して設けられた外部リード部を備えるセンサ素子と、径方向に弾性変形可能な筒状部を備え、筒状部にて外部リード部と電気的に接続される接続端子と、センサ素子を取り囲むと共にセンサ素子の後端部を露出させる主体金具と、を備える。さらに、ガスセンサは、センサ素子における主体金具から露出する後端部外表面と筒状部の内表面との間に配置されて、外部リード部と接続端子とを電気的に接続する予備端子であって、センサ素子の後端部に取り付けられたときに予備端子が主体金具後端から突出する長さが、センサ素子の後端部が主体金具後端から突出する長さよりも長い予備端子を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサに関するものである。

被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサとして、従来、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するセンサ素子を備えるセンサが知られている（特許文献１〜６）。このようなセンサ素子としては、例えば、先端が閉じた有底筒状の固体電解質と、この固体電解質の内表面に形成された内側電極（基準電極）と、固体電解質の外表面の先端部に形成された外側電極（検出電極）と、固体電解質の外表面において外側電極から後端部側に延出して形成されたリード部と、を備えるセンサ素子が知られている。このようなセンサ素子をガスセンサに組み込む際には、例えば、ガスセンサから検出信号を取り出すためのリード線に接続された接続端子金具を用意して、この接続端子金具のセンサ素子への嵌め込みが行なわれる。例えば、リード線とセンサ素子の外側電極とを接続するには、接続端子金具をセンサ素子の後端部の外表面に嵌め込めばよく、これにより、接続端子金具および上記リード部を介してリード線と外側電極とが電気的に接続される。

上記のような接続端子金具では、一般に、その先端部に、センサ素子の後端部外表面に嵌め込むための構造として、径方向に弾性変形可能な筒状部が設けられている。筒状部をセンサ素子の後端部に嵌め込むことにより、筒状部の内表面と、センサ素子の後端部の外表面のリード部とを接触させる。

特開２０１０−２５７３１号公報 特開２０１０−１８１３４７号公報 特開２００９−２８１７２７号公報 特開２００８−２８６８１０号公報 特開２００４−２０５３４１号公報 特開２００９−２８４６号公報

しかしながら、上記した従来知られる構成を採用すると、センサ素子の軸方向の長さを短縮することによりセンサ素子を小型化したいという要望に充分に応えることができない場合があった。近年、電極やリードに用いられる配線材料（貴金属）を削減する構成が検討されており、センサ素子の後端部を短くすることで、後端部側に形成されたリード部の軸方向の長さが短くなり、その結果、配線材料が削減できる。ところで、ガスセンサは、一般に、センサ素子を取り囲んで、センサ素子の後端部を突出させる主体金具を備えている。そして、センサ素子において、後端部の長さを短くすることによってセンサ素子の軸方向の長さを短縮すると、主体金具から突出するセンサ素子の後端部の長さが短くなる。このように、センサ素子の後端側の長さを短くすると、センサ素子と接続端子金具との接続時に、センサ素子の後端部と接続端子金具の筒状部とが重なる軸方向の長さを充分に確保できない場合が生じ得た。センサ素子の後端部と接続端子金具の筒状部とが重なる軸方向の長さを充分に確保できないと、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性が不十分となる可能性がある。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、センサ素子と接続端子金具との間の電気的な接続の信頼性を確保すると共に、センサ素子の小型化を可能にすることを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。

［適用例１］
軸線方向に延出して形成される筒状のセンサ素子であって、軸線方向の一方の端部である先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記外側電極から軸線方向の他方の端部である後端部側の外表面へと延出して設けられた外部リード部を備えるセンサ素子と、
径方向に弾性変形可能な筒状部を備え、該筒状部にて前記外部リード部と電気的に接続される接続端子と、
前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の後端部を露出させる主体金具と、
を備える、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサにおいて、さらに、
前記センサ素子における前記主体金具から露出する後端部の外表面と前記接続端子の前記筒状部の内表面との間に配置されて、前記外部リード部と前記接続端子とを電気的に接続する予備端子であって、該予備端子が前記センサ素子の後端部に取り付けられたときに該予備端子が前記主体金具後端から突出する長さが、前記センサ素子の後端部が前記主体金具後端から突出する長さよりも長い予備端子を備えることを特徴とする
ガスセンサ。

適用例１に記載のガスセンサによれば、接続端子の筒状部とセンサ素子との間に予備端子を配置するため、接続端子とセンサ素子との間の電気的な接続の信頼性を確保すると共に、センサ素子を小型化することが可能になる。詳細には、予備端子を用いることで、予備端子が主体金具の後端から突出する長さをセンサ素子の後端部が主体金具の後端から突出する長さよりも長くすることができ、予備端子と筒状部とが軸線方向に重なる長さを充分に確保することが可能になる。その結果、接続端子とセンサ素子との電気的な接続の信頼性を確保することができる。その上、予備端子を用いることで、センサ素子をより短くすることができ、センサ素子の表面に形成される外部リード部や内側電極を形成するための配線材料（貴金属）の使用量を抑えることができる。

［適用例２］
適用例１記載のガスセンサであって、前記予備端子は、軸線方向に平行なスリットを有する筒状に形成され、前記スリットの幅を広げて前記センサ素子の後端部に嵌め込まれており、前記外部リード部における前記予備端子と接触する後端部は、前記センサ素子の外周に沿って前記センサ素子の外表面の一部に伸長するリングリード部を備え、前記センサ素子の後端部に重なる前記予備端子の前記スリットの幅は、前記リングリード部の周方向の長さよりも短いガスセンサ。

適用例２に記載のガスセンサによれば、予備端子をセンサ素子の後端部に嵌め込む際に、予備端子を嵌め込む角度（スリットの向き）を特に調節しなくても、リングリード部と予備端子との間の電気的な接続を容易に確保することができる。

［適用例３］
適用例１または２記載のガスセンサであって、さらに、前記主体金具と前記センサ素子の間において、前記主体金具内と前記センサ素子との当接箇所よりも後端側に配置されたシール部と、前記主体金具と前記センサ素子の間において、前記シール部よりも後端側に配置されたリング状の絶縁部材と、を備え、前記シール部および前記絶縁部材は、後端側から先端側へと押圧された状態で前記主体金具内に固定されており、前記予備端子の先端は、前記主体金具の内部において、前記主体金具とは絶縁された状態で、前記絶縁部材に当接しているガスセンサ。

適用例３に記載のガスセンサによれば、予備端子とセンサ素子後端部とが重なる部分の長さを確保して、予備端子とセンサ素子（外側リード部）との電気的な接続の信頼性を確保することができる。また、予備端子の先端を絶縁部材に当接させることにより、予備端子のセンサ素子への嵌め込み動作、および、筒状部の予備端子への嵌め込み動作を安定化することができる。さらに、ガスセンサ内における予備端子の位置決めの精度を高めることができる。なお、予備端子が「主体金具とは絶縁された状態」であるとは、予備端子と主体金具とが接触していない状態、又は予備端子と主体金具との間に絶縁部材を介在させて配置している状態を指す。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガスセンサの製造方法などの形態で実現することが可能である。

ガスセンサ１００の構成を表わす断面図である。 センサ素子１０の外観を表わす斜視図である。 予備端子５０の外観を表わす斜視図である。 第２接続端子８０の外観を表わす斜視図である。 ガスセンサ１００の組立の概要を示す説明図である。 素子組み付け体９０に予備端子５０を取り付ける様子を表わす斜視図である。 アセンブリＢを表わす斜視図である。 嵌め込みが終了した時の、アセンブリＢと第２接続端子８０との位置関係を表わす説明図である。 予備端子１５０の外観を表わす斜視図である。 予備端子２５０の外観を表わす斜視図である。

Ａ．ガスセンサ１００の構成：
図１は、本発明に係る実施形態としてのガスセンサ１００の構成を表わす断面図である。ガスセンサ１００は、図１に示すように、軸線Ｏに沿って伸長する細長形状を有している。以下の説明では、軸線Ｏ方向であって図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。本実施形態のガスセンサ１００は、酸素濃度センサであって、例えば、自動車の排気ガス中の酸素濃度を検出するために用いることができる。

ガスセンサ１００は、センサ素子１０と、主体金具（ハウジング）２０と、外筒４０と、さらに、ガスセンサの内部配線の引き回しに係る構造（電極および電極に接続する配線）を、主要な構成要素として備えている。センサ素子１０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）の固体電解質体の両面に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素分圧に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。詳細には、センサ素子１０は、外径が先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の内表面と外表面にそれぞれ形成された内側電極（基準電極）１０ａ及び外側電極（検出電極）１０ｂと、を備えている。そして、センサ素子１０の内部空間を基準ガス雰囲気とし、センサ素子１０の外表面に被検出ガスを接触させることで、ガスの検知を行う。ガスセンサ１００の後端からは、上記センサ素子１０の検出信号を取り出すための２本のリード線６０が引き出されている。

図２は、センサ素子１０の外観を表わす斜視図である。センサ素子１０には、軸線Ｏ方向の中ほどにおいて、外周方向に張り出した（突出した）鍔部１２が形成されている。鍔部１２よりも先端側には、先端側に向かって次第に縮径されて先端部が閉塞された有底部１３が形成されている。本実施形態では、外側電極１０ｂは、有底部１３の一部の外表面を覆うように形成されている。さらに、外側電極１０ｂは、外側電極１０ｂを保護するための電極保護層１４に覆われている。

センサ素子１０において、鍔部１２よりも後端側には、略一定の外径を有し、後端に開口を有する略中空円筒状の基体部１７が形成されている。また、鍔部１２および基体部１７の外表面には、外側電極１０ｂと電気的に接続された外部リード部１０ｃが設けられている。本実施形態の外部リード部１０ｃは、外側電極１０ｂの後端から、鍔部１２を経由して、鍔部１２よりも後端側へと、軸線Ｏ方向に線状に延出する縦リード部１５と、縦リード部１５の後端部に設けられたリングリード部１６と、を備えている。リングリード部１６は、基体部１７において、センサ素子１０の外周に沿って、センサ素子１０の外表面の一部に伸長している。

なお、既述したように、センサ素子１０の内表面には内側電極１０ａが設けられている。有底円筒状の固体電解質体１１の内部には、筒孔１０ｄが形成されており（図１参照）、内側電極１０ａは、後端近傍を除く筒孔１０ｄの表面全体を覆うように形成されている。

センサ素子１０が備える固体電解質体１１は、例えば酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、すなわちイットリア安定化ジルコニアによって構成することができる。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によってセンサ素子１０を構成しても良い。

センサ素子１０の表面に形成される内側電極１０ａおよび外側電極１０ｂは、白金（Ｐｔ）や白金合金等の、貴金属あるいは貴金属合金によって形成されることが好ましい。内側電極１０ａおよび外側電極１０ｂは、例えば、無電解めっき等のめっき法により形成することができる。また、固体電解質体１１を例えばイットリアを含有するジルコニア粉末等から成る成形体を焼成して製造する場合には、外部リード部１０ｃは、上記成形体の外表面に貴金属ペーストを用いて所定のパターンで印刷を行なうことにより、成形体の焼成と同時に形成することができる。

図３は、予備端子５０の外観を表わす斜視図である。予備端子５０は、図１に示すように、センサ素子１０の後端部に嵌め込まれている。予備端子５０は、略中空円筒形状に形成されている。また、予備端子５０は、軸線Ｏ方向に平行なスリット５２を有しており、これにより、径方向に弾性変形可能になっている。センサ素子１０への非嵌め込み状態にあるときの予備端子５０の内径は、センサ素子１０の後端部の基体部１７の外径よりも小さい。そして、上記スリット５２を広げることにより、予備端子５０は、センサ素子１０の後端部に嵌め込み可能となる。このようにスリット５２を広げて、予備端子５０をセンサ素子１０の後端部に嵌め込むことにより、センサ素子の外表面に形成されたリングリード部１６と、予備端子５０の内表面とが接触する。予備端子５０は、その後端が、センサ素子１０の後端よりも後端側に突出するように、センサ素子１０に嵌め込まれる（図１参照）。なお、予備端子５０は、導電性材料、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、コバルト合金等から選択される金属材料により形成することができる。ガスセンサ１００内の予備端子５０の使用環境において、充分な耐腐食性を示す金属材料を用いるならば、予備端子５０と接触する部材との間の電気的な接続に係る信頼性を、長期的に確保することができる。予備端子５０については、後にさらに詳しく説明する。

図１に戻り、センサ素子１０は、主体金具２０内に組み付けられている。主体金具２０は、センサ素子１０の軸線Ｏ方向の中ほどの部分を取り囲むように配置される金属部材である。主体金具２０の内表面には、先端方向に向かって内径が縮径する段部２０ｂが設けられている。この段部２０ｂと、センサ素子１０の鍔部１２との間には、パッキン３０が配置されている。主体金具２０とセンサ素子１０とを組み付ける際には、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０を主体金具２０内に挿入する。そして、鍔部１２をパッキン３０に当てることにより、間接的に段部２０ｂにセンサ素子１０の鍔部１２を当接させる。

また、センサ素子１０の鍔部１２よりも後端側において、主体金具２０との間の空隙には、滑石粉末が充填されて成るシール部３１が配置されており、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされている。そして、シール部３１の後端側には、筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３２が配置されている。さらに、絶縁部材３２の後端側には、金属リング（ステンレス製の平ワッシャ）３３が配置されている。金属リング３３よりも後端側では、主体金具２０の後端部が内側に屈曲されて、加締め部２０ａを形成している。主体金具２０の後端部に加締め部２０ａを形成することにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられてシール材３１を押し潰し、絶縁部材３２及びシール材３１が加締め固定されるとともに、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされる。

なお、主体金具２０の中央付近には、六角レンチ等を係合するために、径方向外側に突出した形状に形成されている多角形の鍔部２０ｃが設けられている。また、鍔部２０ｃと、主体金具２０の先端部である先端部２０ｆとの間の外表面には、雄ねじ部２０ｄが形成されている。主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを、例えば自動車の排気管のネジ孔に取付けて、センサ素子１０の先端を排気管内に露出させることにより、ガスセンサ１００を用いた被検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度の検知が可能になる。ガスセンサ１００において、鍔部２０ｃの先端面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ１００を排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケットが嵌挿される（図示せず）。

主体金具２０の先端部２０ｆには、金属製（ステンレスなど）で筒状のプロテクタ６２が固定され、主体金具２０から突出するセンサ素子１０の先端がプロテクタ６２で覆われている。このプロテクタ６２は、排気ガスをプロテクタ６２の内部に取り込むための複数の孔部を有している。

一方、主体金具２０の後端部には、金属製で筒状の外筒４０が接合されて、センサ素子１０の後端部を覆っている。外筒４０は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成することができる。外筒４０は、主体金具２０に接続する先端部４０ａと、先端部４０ａよりも縮径された後端部４０ｂとを有し、先端部４０ａと後端部４０ｂとの間には段部４３が設けられている。

外筒４０の先端部４０ａの内側には、段差付きの略円柱状で絶縁性のセパレータ３４が配置されている。セパレータ３４には、セパレータ３４を軸線Ｏ方向に貫通する２個の挿通孔３４ａ、３４ｂが形成されている。これらの挿通孔３４ａ、３４ｂには、それぞれ、第１接続端子７０の板状基部７１と、第２接続端子８０の板状基部８１が挿通されている。ここで、第１接続端子７０および第２接続端子８０は、それぞれ、内側電極１０ａあるいは外側電極１０ｂと、リード線６０とを接続するための部材である。各板状基部７１、８１の後端には、それぞれ、接続端部７２、８２が形成され、接続端部７２、８２には、それぞれ異なるリード線６０が加締め接続されている。なお、第２接続端子８０が特許請求の範囲の「接続端子」に相当する。

上記セパレータ３４は、セパレータ３４の後端面を外筒４０の段部４３に当接させつつ、セパレータ３４の先端面をセパレータ３４よりも先端側に配置した保持金具３５に当接させることで、外筒４０内に保持される。この保持金具３５は、セパレータ３４よりも先端側に配置され、外筒４０の先端部４０ａが加締められることで外筒４０内に固定されている。

第１接続端子７０において、板状基部７１よりも先端側には、センサ素子１０の筒孔１０ｄ内に挿入される挿入部７３が設けられている。この挿入部７３は、センサ素子１０の内表面に接触して、内側電極１０ａと電気的に接続される。

図４は、第２接続端子８０の外観を表わす斜視図である。既述したように、第２接続端子８０は、リード線６０が接続される接続端部８２と、セパレータ３４の挿通孔３４ｂ内に配置される板状基部８１と、を備えている。板状基部８１の中央部には、略コの字状に切れ目を形成してその内側部分を外周側へと折り曲げることによって形成された支持腕８４が設けられている。この支持腕８４は、板状基部８１が軸線Ｏ方向に略平行となるように、セパレータ３４の挿通孔３４ｂ内で板状基部８１を支える。

さらに、第２接続端子８０において、板状基部８１よりも先端側には、筒状部８３が設けられている。この筒状部８３は、センサ素子１０に嵌め込まれた予備端子５０の外表面に嵌め込まれることにより、予備端子５０と外部リード部１０ｃとを介して、外側電極１０ｂと電気的に接続される。より具体的には、筒状部８３は、略長方形状の板体を折り曲げた略中空円筒状に形成されており、軸線Ｏ方向に平行なスリット８５を有している。筒状部８３は、このスリット８５の幅を伸縮させることにより、径方向に弾性変形可能となっている。センサ素子１０に嵌め込まれた予備端子５０への非嵌め込み状態にあるときの筒状部８３の内径は、センサ素子１０に嵌め込まれた予備端子５０の外径よりも小さい。そして、上記スリット８５を広げることにより、筒状部８３は、センサ素子１０に嵌め込まれた予備端子５０に嵌め込み可能となる。

また、筒状部８３の先端には、筒状部８３の先端を成す円周に沿って、複数のフレア片８６が突出して設けられている。各々のフレア片８６は、筒状部８３先端との接続部において、外周側に折り曲げられており、複数のフレア片８６全体は、筒状部８３の先端から放射状に広がっている。そのため、これら複数のフレア片８６の内表面に接触する円を想定すると、フレア片８６の先端部ほど、上記接触する円の径が大きくなる。すなわち、複数のフレア片の内径は、先端側ほど大きくなっている。これら複数のフレア片８６は、筒状部８３を予備端子５０に嵌め込む動作を容易にするための構造である。筒状部８３を予備端子５０に嵌め込む動作については、後に詳しく説明する。

図１に戻り、ガスセンサ１００の外筒４０の後端部４０ｂの内側には、略円柱状のグロメット３６が内挿されて加締め固定されている。このグロメット３６には、グロメット３６を軸線Ｏ方向に貫通する２個の挿通孔が形成されており、これら２個の挿通孔の各々から、リード線６０が外部に引き出されている。グロメット３６の後端側はフランジ状に拡径している。グロメット３６を外筒４０の後端から外筒４０内へと挿入し、上記した拡径部分を外筒４０の後端に当接させることにより、グロメット３６の位置決めがなされる。グロメット３６は、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料によって形成することができる。

さらに、外筒４０の後端部４０ｂの側面のうち、グロメット３６よりも先端側の位置には、周方向に等間隔で４個（図１では３個のみ図示）の第１通気孔４１が開口している。そして、外筒４０の後端部４０ｂの径方向外側には、第１通気孔４１を覆うように、環状の通気性のフィルタ３７が被せられ、さらに、フィルタ３７を径方向外側から金属製筒状の保護外筒３８が囲んでいる。この保護外筒３８は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼によって形成することができる。保護外筒３８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２通気孔３９が開口し、フィルタ３７を介して外筒４０内部へ外気を導入可能になっている。なお、第２通気孔３９の先端側と後端側で外筒４０及び保護外筒３８を加締めることで、外筒４０と保護外筒３８の間にフィルタ３７を保持している。フィルタ３７は、例えばフッ素系樹脂等の撥水性樹脂の多孔質構造体によって構成することができ、撥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の内部空間に基準ガス（大気）を導入可能となっている。

保護外筒３８は、後端部がグロメット３６の後端面上に設けられるように径方向内側に折り曲げられてなり、後端部の中央に開口６３が形成され、開口６３から２本のリード線６０が外部に引き出されている。さらに、保護外筒３８の後端側は、外筒４０の後端部４０ｂに設けられた加締め部に加締め固定されている。つまり、グロメット３６は、保護外筒３８及び外筒４０の両者を同時に加締めることで、外筒４０内に配置されている。

Ｂ．ガスセンサ１００の組み立ての概要：
図５は、ガスセンサ１００の組立の概要を示す説明図である。ガスセンサ１００の組み立て時には、ガスセンサ１００の後端側の構造を備える後端側アセンブリＡと、先端側の構造を備える先端側アセンブリＢとを組み立て、アセンブリＡおよびＢの組み付けが行なわれる。図５では、アセンブリＡをアセンブリＢの後端に被せる組み付け動作を、断面図によって示している。

ガスセンサ１００の製造に際しては、まず、先端側アセンブリＢの組み立てが行なわれる。具体的には、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０を主体金具２０内に挿入し、センサ素子１０を、主体金具２０内に配置されたパッキン３０上に配置する。これにより、センサ素子１０の鍔部１２を、間接的に段部２０ｂに当接させる。その後、主体金具２０とセンサ素子１０との間隙に筒状のシール部３１を配置し、絶縁部材３２、金属リング３３を順にシール部３１上に配置する。そして、主体金具２０の後端側を内側に屈曲させて加締め部２０ａを形成することにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられてシール部３１を押し潰し、絶縁部材３２及びシール部３１が加締め固定される。このようにして、センサ素子１０と主体金具２０とを組み付けて成る素子組み付け体９０（図６参照）を作製する。その後、さらに、素子組み付け体９０に予備端子５０を取り付けて、アセンブリＢを作製する。

図６は、素子組み付け体９０に予備端子５０を取り付ける様子を表わす斜視図であり、図７は、素子組み付け体９０に予備端子５０を取り付けて成るアセンブリＢを表わす斜視図である。図６に示すように、素子組み付け体９０では、センサ素子１０の後端部が主体金具２０の後端から突出している。なお、突出するセンサ素子１０の後端部では、既述したリングリード部１６（図２）の一部が露出している。このように突出するセンサ素子１０の後端部に対して、予備端子５０の嵌め込みを行なう。予備端子５０の嵌め込みは、既述したように、スリット５２を広げることにより行なう。センサ素子１０の後端部に予備端子５０を嵌め込むことにより、予備端子５０の内表面と、リングリード部１６とが接触して、予備端子５０と外側電極１０ｂとが電気的に接続される。

図５に示すように、予備端子５０の嵌め込み時には、予備端子５０の先端は、加締め部２０ａに形成された主体金具２０とセンサ素子１０との間の空隙から、主体金具２０内へと挿入される。そして、予備端子５０の先端が、素子組み付け体９０内の絶縁部材３２に当接するまで、予備端子５０の主体金具２０内への挿入が行なわれる。ここで、加締め部２０ａにおける主体金具２０とセンサ素子１０との間の空隙の幅は、予備端子５０の厚みよりも大きく形成されているため、予備端子５０は、主体金具２０から離間した状態で、主体金具２０内へと挿入される。そのため、主体金具２０内に挿入された予備端子５０は、主体金具２０とは絶縁された状態で、絶縁部材３２に当接する。このように素子組み付け体９０への予備端子５０の嵌め込みが行なわれると、予備端子５０の後端は、センサ素子１０の後端よりも後端側に突出した状態となる（図７）。

なお、予備端子５０をセンサ素子１０の後端部に嵌め込む際には、予備端子５０の先端が絶縁部材３２に到達しない程度に予備端子５０の嵌め込みを行なっても良い。この場合には、アセンブリＡとアセンブリＢの組み付け時に、後述するように第２接続端子８０の筒状部８３を予備端子５０に嵌め込む際に、筒状部８３によって予備端子５０が先端側に押し込まれることによって、予備端子５０の先端が絶縁部材３２に当接することとしても良い。

一方で、後端側アセンブリＡの組み立てが行なわれる。すなわち、外筒４０内に、第１接続端子７０及び第２接続端子８０を組み付けたセパレータ３４をグロメット３６と共に配置し、アセンブリＡを組み立てる。具体的には、リード線６０に接続された第１接続端子７０及び第２接続端子８０をセパレータ３４の挿通孔３４ａ、３４ｂ内に挿入し、その後、セパレータ３４を外筒４０の段部４３に当接させる。その後、セパレータ３４と外筒４０との間隙に保持金具３５を挿入して、外筒４０の先端部４０ａを加締めることで、保持金具３５を固定する。さらに、グロメット３６を外筒４０の後端から挿入すると共に、外筒４０の後端部４０ｂにフィルタ３７、保護外筒３８をそれぞれ配置し、フィルタ３７、グロメット３６をそれぞれ加締め固定することにより、アセンブリＡを作製する。

そして、アセンブリＡとアセンブリＢとの軸線を合わせ、アセンブリＡの外筒４０の先端部を、アセンブリＢの主体金具２０の後端部に被せることにより、ガスセンサ１００の組み立てが行なわれる。

図５に示すように、後端側アセンブリＡでは、外筒４０の先端から、第１接続端子７０の挿入部７３が突出している。また、先端側アセンブリＢでは、主体金具２０の後端から、センサ素子１０の後端部に嵌め込まれた予備端子５０が突出している。アセンブリＡとアセンブリＢとを組み付ける際には、まず、アセンブリＡから突出する挿入部７３を、アセンブリＢのセンサ素子１０内に形成される筒孔１０ｄに挿入しつつ、外筒４０の先端部を、主体金具２０の後端部に被せる。このとき、挿入部７３が筒孔１０ｄの内表面に接することにより、第１接続端子７０と内側電極１０ａとが電気的に接続される。

また、上記のように外筒４０の先端部を主体金具２０の後端部に被せると、アセンブリＡ，Ｂの内部では、アセンブリＡが備える第２接続端子８０の筒状部８３先端から突出するように設けられたフレア片８６が、予備端子５０の後端に当接する。すなわち、非嵌め込み状態にある筒状部８３の内径は、センサ素子１０後端に嵌め込まれた予備端子５０の外径よりも小さいが、フレア片８６は、筒状部８３の先端から放射状に広がるように設けられているため、予備端子５０の後端は、フレア片８６の内表面に当接する。その後、さらにアセンブリＡとアセンブリＢとの嵌め込みを行なうと、予備端子５０の後端が、各フレア片８６の内表面によって筒状部８３内へと導かれて、筒状部８３を内側から押し広げる。このとき、筒状部８３は、スリット８５（図４）を広げることにより径を拡大する。このように、筒状部８３が予備端子５０に嵌め込まれると、筒状部８３の内表面が予備端子５０の外表面に接することにより、予備端子５０を介して、第２接続端子８０と外側電極１０ｂとが電気的に接続される。

図８は、アセンブリＡとアセンブリＢの嵌め込みが終了した時の、アセンブリＢと第２接続端子８０との位置関係を表わす説明図である。既述したように、アセンブリＡとアセンブリＢの嵌め込み時には、第２接続端子８０は、アセンブリＡ内に組み込まれているが、図８では、アセンブリＡのうちの第２接続端子８０以外の構成要素は省略している。アセンブリＡとアセンブリＢの嵌め込みが終了する時には、筒状部８３の内表面と予備端子５０の外表面とが重なって、各フレア片８６の先端は、主体金具２０の後端から離間しつつ、主体金具２０の後端近傍に到達する。筒状部８３と予備端子５０とが重なる軸線Ｏ方向の長さ、すなわち、筒状部８３と予備端子５０との位置関係を所望の重なり具合にするためには、各々のアセンブリ内における予備端子５０および第２接続端子８０の組み付け位置と、アセンブリＡとアセンブリＢとの間の組み付け位置とを、上記所望の重なり具合に応じて予め設定しておけばよい。

主体金具２０の所定の位置まで外筒４０が覆うように、アセンブリＡとＢの組付けを行なった後には、外筒４０の先端部の外周面をレーザ溶接等によって主体金具２０の後端部に接続することにより、ガスセンサ１００が得られる。

以上のように構成された本実施形態のガスセンサ１００によれば、筒状部８３とセンサ素子１０との間に予備端子５０を配置するため、第２接続端子８０とセンサ素子１０との間の電気的な接続の信頼性を確保すると共に、センサ素子１０を小型化することが可能になる。

センサ素子１０を小型化する方策の一つとして、例えばセンサ素子１０において鍔部１２よりも後端側の長さを短くすることによって、センサ素子１０の軸方向の長さを短縮する方策が考えられる。これにより、センサ素子１０の基体部１７に設けられる外部リード部１０ｃの縦リード部１５（図２）の長さを短くすると共に、センサ素子１０の内表面に形成される内側電極１０ａおよびこれに接続する配線材料（貴金属）の使用量を抑えて、製造コストを低減することができる。しかしながら、このようにセンサ素子後端部の長さを短くすると、センサ素子後端部に筒状部８３を直接嵌め込む場合には、センサ素子後端部と筒状部８３とが軸線Ｏ方向に重なる長さが短くなってしまう。そのため、センサ素子１０に筒状部８３を嵌め込み固定する際の強度が不十分となり、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との電気的な接続の信頼性が低下する可能性がある。

これに対して、本実施形態のように予備端子５０を用いると、予備端子５０が主体金具２０の後端から突出する長さが、センサ素子１０の後端部が主体金具２０の後端から突出する長さよりも長いため、予備端子５０と筒状部８３とが軸線Ｏ方向に重なる長さを充分に確保することが可能になる。そのため、予備端子５０に筒状部８３を嵌め込み固定する際の強度を確保して、予備端子５０と第２接続端子８０との電気的な接続の信頼性を確保することができる。特に、本実施形態では、筒状部３８の先端に複数のフレア片８６を設けており、第２接続端子８０と主体金具２０との短絡を抑えるためには、第２接続端子８０の先端と主体金具２０とをより離間させる必要がある。このように、第２接続端子８０の先端と主体金具２０とを離間させる場合であっても、予備端子５０を用いることでセンサ素子１０だけの場合よりも主体金具後端から突出する長さが長くなることにより、筒状部８３を嵌め込み固定する際の強度を高めることができる。

ここで、予備端子５０は、主体金具２０の後端から突出するセンサ素子後端部を視認しながら、センサ素子後端部に対する嵌め込みの動作を行なうことができる。そのため、予備端子５０は、嵌め込みの状態を視認し難い筒状部８３に設けたフレア片８６のように、嵌め込み動作を容易化するための特別な構造を設ける必要がなく、単純な、略中空円筒状に形成すれば良い。このように、フレア片８６のような特別な構造を設けないため、予備端子５０は、センサ素子後端部への嵌め込みの際に、主体金具２０との短絡を抑制しつつ、主体金具２０の内部へと挿入することができる。そのため、予備端子５０とセンサ素子後端部とが重なる軸線Ｏ方向の長さを確保して、予備端子５０とセンサ素子１０（外側電極１０ｂ）との電気的な接続の信頼性を確保することもできる。このように、予備端子５０を用いることにより、センサ素子１０を小型化する場合であっても、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との電気的な接続の信頼性を高めることができる。

換言すると、本実施形態によれば、予備端子５０を用いることで、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との電気的な接続の信頼性を確保しつつ、センサ素子１０の後端部を、より短くすることが可能になる。センサ素子１０の後端部を短くする場合には、外側電極１０ｂに接続する外部リード部１０ｃの縦リード部１５（図２）の長さを短くすると共に、センサ素子１０の内表面に形成される内側電極１０ａおよびこれに接続する配線を縮小することができる。そのため、センサ素子１０の表面に外側電極１０ｂや外部リード部１０ｃあるいは内側電極１０ａを形成するための配線材料（貴金属）の使用量を抑えて、製造コストを低減することができる。

なお、外部リード部１０ｃのリングリード部１６は、センサ素子１０の外表面上の全周にわたって設けるようにしても良いが、本実施形態では、外周の一部のみに設けられている。そのため、外部リード部１０ｃを形成するための配線材料（貴金属）の使用量を、さらに抑制することができる。なお、外部リード部１０ｃの後端部は、縦リード部１５の幅を維持してリングリード部１６を設けない構成も可能であるが、縦リード部１５よりも幅広のリングリード部１６を設けることで、筒状部８３との電気的接続の信頼性を確保し易くなる。

上記のように、リングリード部１６をセンサ素子１０の外周の一部のみに設ける場合であっても、本実施形態のように、リングリード部１６の少なくとも一部が主体金具２０から露出していれば、予備端子５０をセンサ素子後端部に嵌め込む動作を、予備端子５０とリングリード部１６との重なり具合を視認しながら行なうことができる。そのため、リングリード部１６とスリット５２との重なりを抑えて、予備端子５０とリングリード部１６の接触面積を容易に確保することができる。あるいは、第１実施例のように、リングリード部１６を、外周の一部に沿って伸長する形状とする場合には、リングリード部１６が周方向に伸長する長さを、基体部１７の全周の半分以上の長さとしてもよい。また、リングリード部１６が周方向に伸長する長さを、予備端子５０が嵌め込み状態となったときの、センサ素子外表面上におけるスリット５２間の距離（スリット５２の幅）以上としてもよい。このような構成とすれば、リングリード部１６がアセンブリＢの外側から視認し難くても、予備端子５０のスリット５２の位置にかかわらず、リングリード部１６と予備端子５０との間を容易に電気的に接続することができる。

なお、本実施形態のガスセンサ１００では、予備端子５０は、その先端を絶縁部材３２に当接させているが、予備端子５０の先端は絶縁部材３２に接触させないこととしても良い。ただし、予備端子５０の先端を絶縁部材３２に当接させることにより、予備端子５０のセンサ素子１０への嵌め込み動作、および、筒状部８３の予備端子５０への嵌め込み動作を安定化することができる。また、ガスセンサ１００内における予備端子５０の位置決めの精度を高めることができる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
実施形態のガスセンサ１００では、予備端子５０は、スリット５２を有する横断面略Ｃ字形の形状としたが、異なる形状としても良い。予備端子をセンサ素子後端部に取り付けられたときに主体金具後端から突出する予備端子の長さが、主体金具後端から突出するセンサ素子後端部の長さよりも長くなるように、予備端子を形成するならば、実施形態と同様の効果が得られる。

図９は、予備端子５０に係る第１の変形例である予備端子１５０の外観を表わす斜視図である。予備端子１５０は、実施形態のガスセンサ１００において、予備端子５０に代えて用いることができる。予備端子１５０は、スリットを有しておらず、センサ素子１０の後端部（基体部１７）の外径とほぼ同じ大きさの内径を有する略中空円筒形状となっている。予備端子５０のセンサ素子後端部への嵌め込み動作は、嵌め込みの様子を目視で確認できるため、このような構成であっても、支障なく嵌め込みを行なうことができる。このような構成とすれば、予備端子１５０の内表面全体でセンサ素子後端部の外表面と接触できるため、予備端子１５０と外部リード部１０ｃとの間の電気的な接続の信頼性を高めることができる。

図１０は、予備端子５０に係る第２の変形例であって、予備端子５０に代えて用いられる予備端子２５０の外観を表わす斜視図である。予備端子２５０は、センサ素子１０の後端部（基体部１７）の外径よりも大きな内径を有する略中空円筒形状に形成されている。さらに予備端子２５０には、側面に、略コの字状に切れ目を形成してその内側部分を内周側へと折り曲げることによって形成された複数の爪部２５４が設けられている。これら複数の爪部２５４は、センサ素子後端部が嵌め込まれる向きに沿って内周側へと折り曲げられており、支障なく嵌め込み動作が可能になっている。このような予備端子２５０をセンサ素子後端部に嵌め込むと、各々の爪部２５４がセンサ素子１０の外表面に接触する。ここで、上記複数の爪部２５４が設けられた軸線Ｏ方向の位置は、予備端子２５０をセンサ素子後端部に嵌め込んだ時に、各爪部２５４の折り曲げられた端部が、リングリード部１６に接触可能な位置となっている。また、複数の爪部２５４は、予備端子２５０において、周方向にわたって所定の間隔で設けられている。そのため、少なくとも一部の爪部２５４がリングリード部１６に接触することによって、予備端子２５０と外側電極１０ｂとの間の電気的な接続を確保することができる。このとき、各爪部２５４間の距離を、リングリード部１６の周方向の長さよりも短くすれば予備端子２５０の嵌め込み時の角度にかかわらず、予備端子２５０とリングリード部１６との間の電気的な接触を確保することができる。

Ｃ２．変形例２：
予備端子は、全体が均質な導電性材料で形成されていなくても良い。予備端子と外部リード部１０ｃとの電気的な接続、および、予備端子と筒状部８３との電気的な接続が、確保できればよい。例えば、予備端子の使用環境における耐腐食性が必ずしも充分ではない金属や、表面に酸化被膜等の導電性を有しない被膜が形成される金属によって、予備端子を形成することとしても良い。この場合には、予備端子において、外部リード部１０ｃとの接続部および筒状部８３との接続部となる所定の箇所（以下、導通部と呼ぶ）に、金等の貴金属のめっきを施して、電気的な接続を長期的に確保しても良い。あるいは、導通部には、炭素材料から成る被膜を形成して、腐食や酸化被膜の形成を抑えて、電気的な接続を長期的に確保しても良い。また、予備端子の表面において、導通部以外の部分は、樹脂等の耐食性材料で被覆しても良い。

Ｃ３．変形例３：
実施形態では、筒状部８３の先端に複数のフレア片８６を設けたが、異なる構成としても良い。フレア片８６とは異なる形状であっても、筒状部８３の先端に、センサ素子の後端部よりも内径が大きい拡径部を設けるならば、実施形態と同様に筒状部８３を予備端子に嵌め込む動作を容易化することができる。また、筒状部８３の先端に拡大径部を設けない場合であっても、本願発明を適用して、予備端子を用いることにより、筒状部８３をセンサ素子後端に固定する際の強度を確保して、電気的な接続の信頼性を高める効果を得ることができる。

Ｃ４．変形例４：
実施形態では、ガスセンサは酸素濃度センサとしたが、異なる構成としても良い。イオン伝導性を有する固体電解質の両面に積層された一対の電極を有し、各電極上の特定ガス成分の濃度差（分圧差）により起電力を生じる濃淡電池を備えるセンサであれば、本願発明を適用することにより、同様の効果が得られる。

１０…センサ素子
１０ａ…内側電極
１０ｂ…外側電極
１０ｃ…外部リード部
１０ｄ…筒孔
１１…固体電解質体
１２…鍔部
１３…有底部
１４…被毒防止層
１５…縦リード部
１６…リングリード部
１７…基体部
２０…主体金具
２０ａ…加締め部
２０ｂ…段部
２０ｃ…鍔部
２０ｄ…雄ねじ部
２０ｆ…先端部
３０…パッキン
３１…シール部
３２…絶縁部材
３３…金属リング
３４…セパレータ
３４ａ，３４ｂ…挿通孔
３５…保持金具
３６…グロメット
３７…フィルタ
３８…保護外筒
３９…第２通気孔
４０…外筒
４０ａ…先端部
４０ｂ…後端部
４１…第１通気孔
４３…段部
５０，１５０，２５０…予備端子
５２…スリット
６０…リード線
６２…プロテクタ
６３…開口
７０…第１接続端子
７１，８１…板状基部
７２，８２…接続端部
７３…挿入部
８０…第２接続端子
８３…筒状部
８４…支持腕
８５…スリット
８６…フレア片
９０…素子組み付け体
１００…ガスセンサ
２５４…爪部

Claims (3)

1. 軸線方向に延出して形成される筒状のセンサ素子であって、軸線方向の一方の端部である先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記外側電極から軸線方向の他方の端部である後端部側の外表面へと延出して設けられた外部リード部を備えるセンサ素子と、
   径方向に弾性変形可能な筒状部を備え、該筒状部にて前記外部リード部と電気的に接続される接続端子と、
   前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の後端部を露出させる主体金具と、
   を備える、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサにおいて、さらに、
   前記センサ素子における前記主体金具から露出する後端部の外表面と前記接続端子の前記筒状部の内表面との間に配置されて、前記外部リード部と前記接続端子とを電気的に接続する予備端子であって、該予備端子が前記センサ素子の後端部に取り付けられたときに該予備端子が前記主体金具後端から突出する長さが、前記センサ素子の後端部が前記主体金具後端から突出する長さよりも長い予備端子を備えることを特徴とする
   ガスセンサ。
2. 請求項１記載のガスセンサであって、
   前記予備端子は、軸線方向に平行なスリットを有する筒状に形成され、前記スリットの幅を広げて前記センサ素子の後端部に嵌め込まれており、
   前記外部リード部における前記予備端子と接触する後端部は、前記センサ素子の外周に沿って前記センサ素子の外表面の一部に伸長するリングリード部を備え、
   前記センサ素子の後端部に重なる前記予備端子の前記スリットの幅は、前記リングリード部の周方向の長さよりも短い
   ガスセンサ。
3. 請求項１または２記載のガスセンサであって、さらに、
   前記主体金具と前記センサ素子の間において、前記主体金具内と前記センサ素子との当接箇所よりも後端側に配置されたシール部と、
   前記主体金具と前記センサ素子の間において、前記シール部よりも後端側に配置されたリング状の絶縁部材と、
   を備え、
   前記シール部および前記絶縁部材は、後端側から先端側へと押圧された状態で前記主体金具内に固定されており、
   前記予備端子の先端は、前記主体金具の内部において、前記主体金具とは絶縁された状態で、前記絶縁部材に当接している
   ガスセンサ。

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