JP2019016526A - 端子接続構造、それを備えたセンサ、及び端子接続構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続端子へ被覆電線を確実に接続できると共に、接続端子を有する対象物をコンパクト化することができ、生産性にも優れた端子接続構造、それを備えたセンサ、及び端子接続構造の製造方法を提供する。【解決手段】複数の導線１４８ａから形成された芯線１４８を絶縁被覆で覆ってなる単一の被覆電線１４６と、被覆電線の絶縁被覆から露出した芯線と電気的に接続される単一の接続端子２０と、を備えた端子接続構造であって、接続端子は、導線すべてを押圧しつつ内包してなる有端環状の固定部２２と、接続対象体１０と電気的に接続される接続部２７ｐと、固定部と接続部との間に設けられた芯線保持部２４と、を備え、芯線保持部は環状、又は１本の導線の直径ｍよりも小さい隙間Ｇを有する有端環状をなし、固定部から接続部側にはみ出した芯線を押圧せずに内包する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばセンサ素子を備えるセンサに好適に用いることができる端子接続構造、それを備えたセンサ、及び端子接続構造の製造方法に関する。

自動車エンジン等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。
このようなガスセンサとして、特定ガスの濃度検出を行うセンサ素子を有し、センサ素子の後端側に配置された電極取り出し部（電極パッド）に、接続端子を電気的に接続する構造が知られている。又、このような接続端子の後端側には、一般にリード線の芯線が圧着等によって接続され、リード線が外部に引き出されて接続端子からの信号を外部に出力している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１１５１０８号公報（図１）

ところで、図８に示すように、接続端子５００の後端側に、リード線６００の先端の絶縁被覆を?いて露出させた芯線６０２を圧着する際、接続端子５００の後端側に設けたバレル部５０２に芯線６０２を挿入し、バレル部５０２を圧着することで、芯線６０２がバレル部５０２に内包されて電気的に接続される。
しかしながら、同図に示すように、芯線６０２の先端がバレル部５０２からはみ出し、芯線６０２を構成する複数の導線６０２ａがばらけて広がることがある。そして、この導線６０２ａが隣接する他の接続端子５００に接触すると電気ショートを引き起こすため、接続端子５００同士の間隔を広げたり、芯線６０２の先端がバレル部５０２からはみ出さないよう確認しながら作業をする必要が生じる。その結果、接続端子５００を有する対象物のコンパクト化を妨げたり、生産性が低下するという問題がある。又、バレル部５０２への芯線６０２の挿入長さが短すぎると、接続端子５００からリード線６００が抜ける恐れもある。
そこで、本発明は、接続端子へ被覆電線を確実に接続できると共に、接続端子を有する対象物をコンパクト化することができ、生産性にも優れた端子接続構造、それを備えたセンサ、及び端子接続構造の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の端子接続構造は、複数の導線から形成された芯線を絶縁被覆で覆ってなる単一の被覆電線と、前記被覆電線の前記絶縁被覆から露出した前記芯線と電気的に接続される単一の接続端子と、を備えた端子接続構造であって、前記接続端子は、前記導線すべてを押圧しつつ内包してなる有端環状の固定部と、接続対象体と電気的に接続される接続部と、前記固定部と前記接続部との間に設けられた芯線保持部と、を備え、前記芯線保持部は環状、又は１本の前記導線の直径よりも小さい隙間を有する有端環状をなし、前記固定部から前記接続部側にはみ出した前記芯線を押圧せずに内包することを特徴とする。

この端子接続構造によれば、固定部よりも先端側にはみ出す芯線を芯線保持部が内包する。このため、芯線を構成する導線が芯線保持部内でばらけて広がっても外部にはみ出すことが抑制され、導線が隣接する他の接続端子に接触して電気ショートを引き起こすことを抑制できる。又、芯線保持部は、芯線を押圧せずに内包するので、芯線を芯線保持部に容易かつ確実に挿入することができ、芯線が芯線保持部２４に当たってばらけることを抑制できる。
これにより、接続端子同士の間隔を広げたり、芯線の先端が固定部からはみ出さないよう確認しながら作業をする必要がなく、さらに固定部への芯線の挿入長さを確保できる。その結果、接続端子へリード線を確実に接続できると共に、接続端子を有する対象物（センサ等）をコンパクト化することができ、生産性にも優れる。
なお、芯線保持部が有端環状であっても、その隙間は、１本の導線の直径よりも小さいので、隙間から芯線保持部の外部に導線がはみ出すことを抑制できる。

本発明の端子接続構造において、前記芯線保持部は、前記芯線の先端を内包してもよい。
この端子接続構造によれば、ばらけて個々の導線に広がりやすい芯線の先端を芯線保持部が確実に内包することができる。

本発明の端子接続構造において、前記芯線保持部は径方向内側向かって凸となる突起を有しなくてもよい。
この端子接続構造によれば、芯線を端子保持部に挿通させる際に、上記突起に引っ掛からないので芯線を挿通し易くなる。

本発明の端子接続構造において、前記接続端子は、Ｎｉ：５０質量％以上、Ｃｒ：１４〜２１質量％、Ｆｅ：２５質量％以下、残部不可避不純物からなる合金から形成されていてもよい。
この端子接続構造は耐熱性に優れ、高温環境下での使用に適する。

本発明のセンサは、前記端子接続構造と、前記接続対象体となるセンサ素子と、備えてなる。

本発明の端子接続構造の製造方法は、複数の導線から形成された芯線を絶縁被覆で覆ってなる単一の被覆電線の前記絶縁被覆から露出した前記芯線を、単一の接続端子に電気的に接続する端子接続構造の製造方法であって、前記接続端子は、互いに離間する１対の加締め片と、接続対象体と電気的に接続される接続部と、前記加締め片と前記接続部との間に設けられた芯線保持部と、を備え、前記芯線保持部は環状又は前記導線１本の径よりも小さい隙間を有する有端環状をなし、前記芯線を、前記接続端子の前記加締め片の間に挿入すると共に、前記加締め片よりも前記接続部側にはみ出した前記芯線を、前記芯線保持部に挿入する芯線挿入工程と、前記加締め片を加締めて有端環状の固定部を形成し、前記固定部に前記導線すべてを内包しつつ押圧して固定する加締め工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、接続端子へ被覆電線を確実に接続できると共に、接続端子を有する対象物をコンパクト化することができ、生産性にも優れた端子接続構造が得られる。

本発明の実施形態に係る端子接続構造を備えたガスセンサの長手方向に沿う断面図である。 接続端子の斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る端子接続構造の製造方法の工程図である。 接続端子の変形例を示す断面図である。 接続端子の別の変形例を示す断面図である。 従来の接続端子にリード線を接続する態様を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る端子接続構造を備えたガスセンサ（酸素センサ）２００の長手方向に沿う全体断面図、図２は接続端子２０の斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
このガスセンサ（センサ）２００は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。

図１において、ガスセンサ２００は、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、軸線Ｏ方向（ガスセンサ２００の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子１０と、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、軸線方向に貫通する挿通孔１６８の先端側の内部に、センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセラミック製のセパレータ１６６と、センサ素子１０とセパレータ１６６との間に配置される５個の接続端子２０（図１では２個のみを図示）と、を備えている。
又、センサ素子１０の先端部（検出部）は、アルミナ等の多孔質保護層１５で覆われている。

主体金具１３８は、ステンレスから構成され、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。この貫通孔１５４には、センサ素子１０の先端部を自身の先端よりも突出させるように当該センサ素子１０が配置されている。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。

なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のアルミナ製のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。
また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。

一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重のプロテクタである、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、センサ素子１０の５個の接続端子２０（図１では、２個のみを表示）とそれぞれ電気的に接続される５本のリード線１４６（図１では２本のみを表示）が挿通されるリード線挿通孔１７０ｈが形成された、ゴム製のグロメット（シール部材）１７０が配置されている。
リード線１４６が特許請求の範囲の「被覆電線」に相当する。

また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、主体金具１３８と離間してセパレータ１６６が配置される。なお、このセパレータ１６６は、センサ素子１０の後端側の主面に形成される合計５個の電極パッド（図１では２個の電極パッド１１ｂ、１２ｂのみを表示）の周囲に配置される。このセパレータ１６６は、軸線方向に貫通する挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。セパレータ１６６は、鍔部１６７を外筒１４４の段部に当接させると共に、保持部材１６９を介して外筒１４４を加締めることで、外筒１４４の内部に保持される。
又、セパレータ１６６とグロメット１７０とは軸線Ｏ方向に離間して空間を形成している。

次に、接続端子２０について説明する。なお、本実施形態では、ガスセンサ２００は５本の接続端子２０を有する。なお、これら５本の接続端子は、いずれも略同一形状であるため、１つの接続端子２０を用いて説明する。
図２に示すように、接続端子２０は、軸線Ｏ方向に延び、板状の部材を断面コの字状に折り曲げてなり、主面２５と、主面２５の先端から後端に向かって折り返される折り返し部２７と、折り返し部２７から主面２５と反対側に突出して電極パッド１１ｂ、１２ｂに電気的に接続する接点をなす接続部２７ｐと、主面２５の両端からＬ字状に折曲されて折り返し部２７の後端側を囲む折曲部２９と、折曲部２９の後端に繋がる芯線保持部２４と、芯線保持部２４の後端に繋がる固定部２２と、を一体に備えた圧着端子である。
センサ素子１０（電極パッド１１ｂ、１２ｂ）が特許請求の範囲の「接続対象体」に相当する。
接続端子２０は、例えば１枚の金属板を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。この金属は、好ましくはＮｉ：５０質量％以上、Ｃｒ：１４〜２１質量％、Ｆｅ：２５質量％以下、残部不可避不純物からなる合金である。
Ｎｉの含有量の上限は例えば８１質量％、Ｆｅの含有量の下限は例えば５質量％である。

固定部（バレル部）２２は公知の有端環状をなし、固定部２２となる加締め片２２ｘ（図５参照）の間に、リード線１４６の絶縁被覆から露出した芯線１４８を挿入して加締める（圧着する）ことで、固定部２２にリード線１４６が内包されて電気的に接続される。なお、図２の例では、固定部２２は、軸線Ｏ方向に隙間を空けて列設される３つの固定部からなる分割固定部である。
ここで、本発明においては、単一のリード線１４６を、対応する単一の接続端子２０に接続する端子接続構造を対象とし、例えば１つの接続端子２０に複数本のリード線１４６を接続するものは含まない。
又、芯線１４８は、複数の導線１４８ａから形成された撚線をなしている。

そして、固定部２２は、導線１４８ａすべてを押圧しつつ内包している（図４参照）。
ここで、芯線１４８（導線１４８ａ）を押圧して内包しているとは、図４に示すように固定部２２を軸線Ｏ方向に垂直に切断し、芯線１４８（導線１４８ａ）を垂直にしたとき、芯線１４８（導線１４８ａ）から固定部２２が脱落（落下）しないことをいう。

芯線保持部２４は、隙間Ｇを有する有端環状をなし、固定部２２から接続部２７ｐ側（先端側）にはみ出した芯線１４８を押圧せずに内包している（図３参照）。
ここで、芯線１４８（導線１４８ａ）を押圧せずに内包しているとは、図３に示すように芯線保持部２４を軸線Ｏ方向に垂直に切断し、芯線１４８（導線１４８ａ）を垂直にしたとき、芯線１４８（導線１４８ａ）から芯線保持部２４が脱落（落下）することをいう。
又、隙間Ｇは、１本の導線１４８ａの直径ｍよりも小さい。
なお、固定部２２の最小内径が芯線保持部２４の最小内径よりも小さいと、固定部２２で芯線１４８を確りと保持し易く、さらに芯線１４８を芯線保持部２４へ挿入し易い。又、芯線１４８の円相当径が芯線保持部２４の最小内径よりも小さくても、芯線１４８を芯線保持部２４へ挿入し易い。

又、本実施形態では、芯線保持部２４は有端環状をなし、２つの環端２４ｅ１が互いに平行になって、環端２４ｅ１が径方向内側に向かって凸となる突起を有しない形状になっている。
いる。このようにすると、芯線１４８を端子保持部２４に挿通させる際に、上記突起に引っ掛からないので挿通し易くなる。
なお、径方向内側に向かって凸となる突起を有するとは、詳しくは図６、図７で説明するが、芯線保持部２４の径方向断面に仮想線を引いたとき、当該仮想線と点で接する部位が３点以上ある場合をいう。

折曲部２９は、主面２５の幅方向の両端からそれぞれＬ字状に折曲された断面コの字状に形成され、所定の強度を確保している。又、２つの折曲部２９の各先端部２９ａは互いに離間するように広がり、この先端部２９ａがセパレータ１６６の挿通孔１６８で広がって接続端子２０をセパレータ１６６に係止している。
又、接続部２７ｐは、折り返し部２７自身のバネ性（弾性）によって電極パッド側に押圧されることにより、確実な電気的接続が得られるようになっている。

本実施形態の端子接続構造によれば、固定部２２よりも先端側にはみ出す芯線１４８を芯線保持部２４が内包する。このため、図３に示すように、芯線１４８を構成する導線１４８ａが芯線保持部２４内でばらけて広がっても外部にはみ出すことが抑制され、導線４８ａが隣接する他の接続端子２０に接触して電気ショートを引き起こすことを抑制できる。又、芯線保持部２４は、芯線１４８を押圧せずに内包するので、芯線１４８を芯線保持部２４に容易かつ確実に挿入することができ、芯線１４８が芯線保持部２４に当たってばらけることを抑制できる。
これにより、接続端子２０同士の間隔を広げたり、芯線１４８の先端が固定部２２からはみ出さないよう確認しながら作業をする必要がなく、さらに固定部２２への芯線１４８の挿入長さを確保できる。その結果、接続端子２０へリード線１４６を確実に接続できると共に、接続端子２０を有する対象物（ガスセンサ２００）をコンパクト化することができ、生産性にも優れる。
なお、芯線保持部２４の隙間Ｇは、１本の導線１４８ａの直径ｍよりも小さいので、隙間Ｇから芯線保持部２４の外部に導線１４８ａがはみ出すことを抑制できる。

次に、図５を参照し、本発明の実施形態に係る端子接続構造の製造方法について説明する。
まず、加締め前の接続端子は２０ｘは、主面２５の幅方向の両端からそれぞれＬ字状に折曲されて互いに離間する１対の加締め片２２ｘと、上述の接続部２７ｐ及び芯線保持部２４とを備え、１対の加締め片２２ｘは断面コの字状に形成されている（図５（ａ））。
そして、芯線１４８を、１対の加締め片２２ｘの間に挿入すると共に、さらに加締め片２２ｘよりも接続部２７ｐ側にはみ出した芯線１４８を、芯線保持部２４に挿入する（図５（ｂ）、（ｃ）：芯線挿入工程）。
次に、加締め片２２ｘを折り曲げるように加締めて有端環状の固定部２２を形成し、固定部２２に芯線１４８（導線１４８ａ）すべてを内包しつつ押圧して固定し、端子接続構造が完成する（図５（ｄ）：加締め工程）。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、芯線保持部は有端環状の他、無端の環状であってもよい。又、図６に示すように、芯線保持部２４ｓは有端環状をなし、２つの環端２４ｅ２が径方向外側に向いていてもよい。この場合も、環端２４ｅ２が径方向内側に向かって凸となる突起を有しない形状になるので、芯線１４８を端子保持部２４ｓに挿通し易くなる。具体的には、芯線保持部２４ｓの径方向断面に仮想線Ｃ１を引いたとき、仮想線Ｃ１は芯線保持部２４ｓの内周縁と交点ｙ１、ｙ２で接するが、それ以外に点で接する部位が存在しない。

一方、図７に示すように、芯線保持部２４ｔが有端環状をなし、２つの環端２４ｅ３が径方向内側に向いていてもよい。但し、この場合、環端２４ｅ３が径方向内側に向かって凸となる突起になるので、図３、図６の芯線保持部２４、２４ｓに比べ、芯線１４８を端子保持部２４ｔに挿通しづらい傾向がある。具体的には、芯線保持部２４ｔの径方向断面に仮想線Ｃ２を引いたとき、仮想線Ｃ２は芯線保持部２４ｓの内周縁と交点ｙ１、ｙ２で接するが、それ以外に環端２４ｅ３と２点ｙ３、ｙ４で接する。従って、環端２４ｅ３が径方向内側に向かって凸となる突起に相当する。
なお、芯線保持部２４ｔの径方向断面に仮想線Ｃ３を引いたとき、仮想線Ｃ３は芯線保持部２４ｔの内周縁と交点ｙ１、ｙ２で接するが、その間の芯線保持部２４ｔの内周縁と平行、つまり芯線保持部２４ｔの内周縁と線で接するが、点では接していない。従って、芯線保持部２４ｔの下側の内周縁には径方向内側に向かって凸となる突起が存在しないことになる。

接続端子や芯線保持部の形状も上記に限定されない。
又、芯線保持部が有端環状の場合、２つの環端は、互いに平行か、又は径方向外側に向くと、芯線が環端に引っ掛かり難く、芯線を芯線保持部に挿入し易くなる。
ここで、「２つの環端が径方向外側に向く」とは、図６に示すように、芯線保持部２４ｓの径方向断面にて、両環端２４ｅ２の外面同士を結ぶ仮想線Ｃ１０を引いたとき、仮想線Ｃ１０が両環端２４ｅ２以外に芯線保持部２４ｓと交差する部位が存在しないことをいう。
これに対し、図７に示すように、芯線保持部２４ｔの径方向断面にて、両環端２４ｅ３の外面同士を結ぶ仮想線Ｃ２に着目すると、仮想線Ｃ２は両環端２４ｅ３以外に芯線保持部２４ｔと交点ｙ１、ｙ２で交差している。つまり、環端２４ｅ３は径方向内側に向いている。

接続対象体はセンサ素子に限られない。又、センサはガスセンサに限らず、温度センサ等でもよい。又、ガスセンサとしては、酸素センサ、全領域ガスセンサの他、ＮＯｘセンサが挙げられる。

１０ 接続対象体（センサ素子）
２０ 接続端子
２２ 固定部
２２ｘ 加締め片
２４、２４ｓ、２４ｔ 芯線保持部
２７ｐ 接続部
１４６ 被覆電線（リード線）
１４８ 芯線
１４８ａ 導線
２００ センサ
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 複数の導線から形成された芯線を絶縁被覆で覆ってなる単一の被覆電線と、
   前記被覆電線の前記絶縁被覆から露出した前記芯線と電気的に接続される単一の接続端子と、を備えた端子接続構造であって、
   前記接続端子は、前記導線すべてを押圧しつつ内包してなる有端環状の固定部と、接続対象体と電気的に接続される接続部と、前記固定部と前記接続部との間に設けられた芯線保持部と、を備え、
   前記芯線保持部は環状、又は１本の前記導線の直径よりも小さい隙間を有する有端環状をなし、前記固定部から前記接続部側にはみ出した前記芯線を押圧せずに内包することを特徴とする端子接続構造。
2. 前記芯線保持部は、前記芯線の先端を内包する請求項１に記載の端子接続構造。
3. 前記芯線保持部は径方向内側に向かって凸となる突起を有しない請求項１又は２に記載の端子接続構造。
4. 前記接続端子は、Ｎｉ：５０質量％以上、Ｃｒ：１４〜２１質量％、Ｆｅ：２５質量％以下、残部不可避不純物からなる合金から形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の端子接続構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の端子接続構造と、
   前記接続対象体となるセンサ素子と、
   を備えたセンサ。
6. 複数の導線から形成された芯線を絶縁被覆で覆ってなる単一の被覆電線の前記絶縁被覆から露出した前記芯線を、単一の接続端子に電気的に接続する端子接続構造の製造方法であって、
   前記接続端子は、互いに離間する１対の加締め片と、接続対象体と電気的に接続される接続部と、前記加締め片と前記接続部との間に設けられた芯線保持部と、を備え、
   前記芯線保持部は環状又は前記導線１本の径よりも小さい隙間を有する有端環状をなし、
   前記芯線を、前記接続端子の前記加締め片の間に挿入すると共に、前記加締め片よりも前記接続部側にはみ出した前記芯線を、前記芯線保持部に挿入する芯線挿入工程と、
   前記加締め片を加締めて有端環状の固定部を形成し、前記固定部に前記導線すべてを内包しつつ押圧して固定する加締め工程と、を有することを特徴とする端子接続構造の製造方法。

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