JP4067508B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ等のガスセンサに関する。

この種のガスセンサの代表的なものである酸素センサは、内外面に、それぞれ内部電極層及び外部電極層を有し、先端が閉塞された中空軸状（筒状）の固体電解質からなる検出素子と、この検出素子を内側に保持して、排気ガス管に取付けられる金具本体（主体金具ともいわれる）等からなっている。この酸素センサは、金具本体を介して内燃機関の排気ガス管に取付けられ、検出素子の内周面（内壁面）の内部電極層を基準ガス（大気）に、外周面（外壁面）の外部電極層を排気ガスに接触させ、検出素子内外面の酸素濃度差に対応して両電極間に起電力を生じさせ、この起電力に基づく信号を制御回路に出力し、排気ガス中の酸素濃度を検知して空燃比制御するのに使用される。

このようなセンサにおいて、検出素子の内部電極層と、出力取り出し用のリード線とを電気的に接続する構成としては、この検出素子内に端子金具を配置させて、その端子金具と内部電極層との接続をとった上で、その端子金具とリード線とを接続する構成のものがある。そして、このような端子金具としては、バネ性のある金属板を曲げて自由状態では検出素子の内径より外径が大きく、切れ目のある筒状部を有するように形成したものがある。このものはその軸方向に検出素子内に挿入（圧入）し、その挿入後は自身のバネ性によってその筒状部の外周面を検出素子内の内部電極層に押付けることで電気的接続をとるようにされている。

ところが、このような検出素子の内部電極層は、一般的に白金等がメッキされて形成されるため、その厚みは数ミクロンと小さい。一方、前記した端子金具においては、これを検出素子内に挿入する際は、その外径が検出素子の内径より大きことから、特別な場合を除きそのまま挿入する場合には端子金具の挿入過程で内部電極層が擦られることになる。このため、このような端子金具の接続構造（固定構造）では、その内部電極層が削り取られることがあり、結果として、挿入された端子金具と内部電極層との接続の信頼性が低下するおそれがあった。特別な場合というのは、端子金具を小径となるように掴んだ状態のものとして挿入し、その挿入後において大径に戻すことでその接続をとるという場合であるが、組立効率が悪く採用できない。そこで、こうした問題を解消したセンサとして次のものが提案されている。このものは、検出素子の内径より外径が小さく、側部に切れ目（切り欠き）がある円筒状の第１金属端子と、これを、バネ性で内側から外側に押し広げて検出素子の内部電極層に押付けることのできるように形成された側部に切れ目がある円筒状の第２金属端子とで、端子金具を構成するものである（特許文献１）。すなわち、第１金属端子を検出素子の内側に緩く嵌め込んでおき、その後で、その第１金属端子の内側に、バネ性によって第１金属端子の外周面を検出素子の内部電極層に押付け得るようにした第２金属端子を挿入（圧入）することで、第１金属端子と内部電極層との導通を保持するようにした技術である。

この特許文献１に記載の技術では、第１金属端子を検出素子の内側に嵌め込む際には、隙間嵌めとなるため、その内部電極層を削り取ることはない。また、第２金属端子の挿入時には、その外周面と第１金属端子の内周面とが擦り付けあうだけであるから、内部電極層への影響もない。したがって、このようなセンサでは、検出素子の内部電極層と端子金具との電気的な接続の信頼性が高く保持される。なお、この特許文献１においては、ヒーターを備えたセンサが開示されており、第２金属端子は、先端側が小径で異径をなす筒状部を有するものであり、その小径部の内径は、ヒーターをバネ性で把持させるように、ヒーターの外径より小さくしたものが記載されているが、ヒーターがないものでも同様に適用できる。
特開平６−２４２０６４号公報

上記したように特許文献１に記載の技術では、端子金具の組み付け（挿入）に当たり、まず第１端子金具を検出素子の内側に挿入して嵌め込んでおき、その後で、第２端子金具を挿入するという作業工程となる。ところが、第１端子金具の嵌め込みが隙間嵌めのため、本質的に、容易に分離し、脱落する危険性が高い。すなわち、後工程となる第２金属端子の挿入に至るまでの過程で、嵌め込まれている筈の第１端子金具が脱落していることがあり、第２端子金具の挿入に際して、その挿入作業が中断し、作業の円滑な進行が妨げられてしまうといった、センサの組立作業上における重大な問題が発生することがあった。

このような問題は、第１端子金具を隙間嵌めでなく締り嵌め状態で検出素子内に挿入することとすればもちろん解消される。しかし、それでは、第１端子金具の挿入過程で、検出素子の内周面の内部電極層が削り取られてしまうことになり、端子金具を第１、第２の２つの端子金具で構成することで、内部電極層の削り取りの防止を図るという意義が失われてしまう。このように、特許文献１に記載の技術においては、内部電極層の削り取りの防止は図られるが、第１端子金具の脱落がさけられず、したがって、組立作業上の難点があるといった問題があった。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、端子金具を第１、第２の２つの端子金具で構成するようにしたもので、端子金具との電気的な接続の信頼性が失われることもなく、しかも、組立作業上の難点も発生させない、ガスセンサを提供することをその目的とする。

請求項１に記載の本発明は、先端が閉じた中空軸状をなし、内周面に内部電極層を有する検出素子と、その中空部内に配置されて前記内部電極層に電気的に接続される端子金具とを備えてなるガスセンサであって、
この端子金具は、第１端子金具及び第２端子金具とを含んでなり、
第１端子金具は、バネ性のある金属板から側部に切れ目のある筒状部を有するものに形成され、自由状態で、その筒状部の外径が検出素子のうち当該第１端子金具の筒状部の配置が予定される部位の内径より小さくされ、その筒状部には部分的に外側に突出する凸部を備えており、しかも、この凸部は第１端子金具をその筒状部の軸方向に検出素子内に挿入した際に、その検出素子の内周面に、自身のバネ性で突っ張り状に保持されるように形成され、
第２端子金具子は、バネ性のある金属板から側部に切れ目のある筒状部を有するものに形成され、自由状態で、その筒状部の外径を、第１端子金具の筒状部の内径より大径とし、しかも、第２端子金具をその筒状部の軸方向に、検出素子内に挿入した第１端子金具の内側に挿入した際に、第２端子金具の筒状部が第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を検出素子の内部電極層に押付けるように形成され、
検出素子内に第１端子金具をその筒状部の軸方向に挿入した後、第２端子金具をその筒状部の軸方向に、第１端子金具の内側に挿入し、この挿入状態において、第２端子金具の筒状部のバネ性によって、第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を前記内部電極層に押付けていることを特徴とするガスセンサである。

本明細書において、筒状部における切れ目は、筒状部の軸方向に沿う直線状の切れ目（スリット又は切れ目状の開口）に限られず、ジグザグ状或いは傾斜状のものでもよく、またその幅についても一定のものでもよいし、異なるものでもよい。さらに、筒状部をなす金属板は、通常の板（充実板）に限られず、網状の板或いは面（板面）の適所が打ち抜かれて１又は複数の孔のある板であってもよい。

請求項２に記載の本発明は、第１端子金具は、その挿入における後端又は後端寄り部位の外側に、第１端子金具の検出素子内への挿入においてその検出素子に係合してその挿入し過ぎを防止する突出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサである。請求項３に記載の本発明は、前記検出素子の内周面に、第１端子金具の検出素子内への挿入において筒状部の先端を係合させて第１端子金具の挿入し過ぎを防止する棚部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサである。

請求項４に記載の本発明は、第２端子金具は、その挿入における筒状部の先端に、検出素子内に挿入した第１端子金具の内側に挿入する際のガイドをなす挿入用ガイド部を一体的に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサである。

請求項５に記載の本発明は、第２端子金具はその筒状部の内側に、前記検出素子の中空部内に配置されて該検出素子を加熱するための軸状をなすヒーター備え、かつ、第２端子金具はその筒状部に、該ヒーターを内側に保持又は配置して支持するヒーター支持部を一体的に備えるとともに、該ヒーター支持部は、前記ヒーターを前記筒状部の内側に通して支持した状態において、検出素子内に挿入した第１端子金具の筒状部の内側に挿入する際のガイドをなすように形成され、
検出素子内に第１端子金具をその筒状部の軸方向に挿入した後、第２端子金具を、その筒状部の内側に前記ヒーターを通しかつ前記ヒーター支持部で支持した状態で、その筒状部の軸方向に、第１端子金具の内側に挿入し、この挿入状態において、第２端子金具の筒状部のバネ性によって、第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を前記内部電極層に押付けていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサである。

本発明では、素子内に挿入された第１端子金具は、その凸部によって検出素子の内周面に、自身のバネ性で押付けられて突っ張り状に保持される。このため、その後、第２端子金具の挿入に至る過程までの間に、それが分離或いは脱落することが有効に防止される。すなわち、本発明を構成する第１端子金具は、それに設けられた凸部によって検出素子の内周面に突っ張り状に保持されているため、第２端子金具の挿入時において、脱落し、検出素子内に嵌っていないという事態を防ぐことができる。

一方、この第１端子金具の挿入においては、凸部の存在によって、その挿入過程で検出素子の内部電極層を削り取る作用が多少なりとも働くことになる。しかし、それによって削り取られる内部電極層は、その凸部の挿入によって擦られる部分に過ぎない。すなわち、凸部に擦られない部位の内部電極層はそのまま残存する。そして、このようにして挿入された第１端子金具の内側に第２端子金具が挿入され、この第２端子金具が第１端子金具の内周面を押し広げて外周面の少なくとも一部を内部電極層に押付けている。すなわち、削り取られることなくそのまま残存している内部電極層に対し、第１端子金具の筒状部の凸部を除く部位の少なくとも一部が押付けられていることから、電気的な接続の信頼性が高いものとなる。

このように本発明によれば、第１端子金具の脱落が防止できるため、第２端子金具の円滑な挿入が妨げられることがないため、センサの組立作業に支障が生じることがない。しかも、凸部があることによって第１端子金具の挿入時に、内部電極層が一部削り取られるとしても削り取られていない内部電極層に第１端子金具の筒状部の凸部を除く部位の少なくとも一部が押付けられていることから、内部電極層と端子金具との電気的接続の信頼性も高く保持される。なお、端子金具には、出力取り出し用のリード線が通常接続されるため、第１端子金具又は第２端子金具のいずれかに、そのリード線に連ならせるためのリード線部を設ければよい。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜７に基づいて詳細に説明する。図中、１は、ガスセンサ（本例では酸素センサ）であり、段付円筒状をなす金具本体１１（以下、単に本体１１ともいう）の内側に、内外面にそれぞれメッキによって形成された内部電極層、外部電極層（ともに図示せず）を有し、先端が閉塞された筒状（中空円軸状）のジルコニア等の固体電解質からなる検出素子２１（以下、単に素子２１ともいう）が気密を保持して固定されている。検出素子２１は、中間部に外径が一定幅で大径とされた大径部２３を備えており、先端は金具本体１１の先端から突出している。そして、この検出素子２１は、金具本体１１の内側の段部にワッシャ５１を介して絶縁リング５２を配置し、この絶縁リング５２の図示上部内周縁の凹部に、その大径部２３を板パッキン（図示せず）を介して受けさせ、さらにシール材（滑石）５３、及び押圧用リング５４等を介在させ、シール材５３を圧縮して気密状にし、金具本体１１内に固定されている。

この固定は、本体１１の後端（図示上端）の内側において、押圧用リング５４の後端に平ワッシャ５５を配置し、本体１１の後端の薄肉筒部１８の端部を内側に曲げて先端側にかしめることによっている。なお、本体１１は、図示上下方向の中間部位の外周にねじ込み用多角形部１２を備えており、それより先端側には、排気管へのねじ込み用のねじ部１４、小径筒部１６を順次一体的に備えており、この小径筒部１６には、突出する検出素子２１の先端を保護する通気孔付の保護カバー２０が取り付けられている。また、多角形部１２と薄肉円筒部１８との間には厚肉円筒部１７を備えており、厚肉円筒部１７には、詳しくは後述するケーシングをなす保護筒３１が外嵌されると共に、同保護筒３１の先端面３１ａをねじ込み用多角形部１２の後端側フランジ面１３に当接した状態の下で、全周レーザー溶接されている。なお、本体１１のねじ込み用多角形部１２とねじ部１４との間には、ガスケット９が嵌められている。

一方、検出素子２１の内側である中空部Ｔは、横断面が円形で先端（図１下）に向かって若干縮径するテーパー状に、センサ１内において本体１１の軸線Ｇと同心で形成されている。ただし、本形態では、素子２１の内周面２２のうち、内部電極層の形成された後端２５寄りの部位（換言すれば、後述する第１端子金具８１の円筒部８３が配置される部位）はストレート（同径）部２４とされ、ストレート部２４の下端には環状の棚部２４ａが形成されている（図２参照）。なお、この棚部２４は、詳しくは後述するが、本発明の要旨をなすところの第１端子金具８１が素子２１内に挿入された際に、その先端が係合して挿入のし過ぎを防止する部位となっている。また、検出素子２１の後端２５のうちの軸線Ｇ寄りの角には面取り２６が付けられている。そして、中空部Ｔには、本形態では検出素子２１を加熱するため、棒状（軸状）をなすヒーター６１が内挿されている。ただし、ヒーター６１は、次記するように、検出素子２１の内面（中空部の内周面）２２の一側方（図１右側）に押し付けられている。さらに、このヒーター６１は、検出素子２１の内周面（内面）２２の内部電極層に接続されるように配置された本発明の要旨をなす、第１端子金具８１と、その内側に配置された第２端子金具７１の内側を通されて、検出素子２１内に配置されている。

第１端子金具８１は、筒状部である円筒部８３と、その後端寄り部位（図示上端寄り部位）にテーパー状に拡径するテーパー拡径部８４ａを備えており、そのテーパー拡径部８４ａの後端には拡径円筒部８４ｂが連設されている。なお、詳しくは後述するが、第１端子金具８１には、側部に軸方向に沿って所定幅の切れ目（開口）Ｍ１が設けられており（図３参照）、自由状態（無負荷状態）では、円筒部８３の外径が素子２１のストレート部２４の内径より小さくされているが、センサ１として組み立てられている状態では、内側に挿入されている第２端子金具７１によって拡径されて、内部電極層に押付けられている。また、第２端子金具７１は、全体としては、側部に切れ目Ｍ２のある筒状部である円筒部７３を備えており（図４参照）、バネ性により、第１端子金具８１の円筒部８３を押し広げるように円筒部８３内に圧入されている。詳しくは後述する。一方、検出素子２１の外面（外側）に形成された外部電極層には、図１に示すように、別の端子金具（外面用端子金具）９１の円筒部９３が外嵌されている。そして、第２端子金具７１と、外面用端子金具９１の各円筒部の上にはそれぞれリード線部７４、９４が延びており、その端のコネクタ部７５，９５には、それぞれリード線４１が接続されている。

このような各リード線４１は、アルミナからなるセパレーター９６に形成された各配線用空孔を通され、そして、センサ後端に配置されたフッ素ゴム製のシール材９９に形成された各配線用空孔を通されて、その後端部１０１から引き出されている。なお、セパレーター９６、およびシール材９９ともに略円柱状に形成され、各配線用空孔（４箇所）は、軸線Ｇ方向から見て同心の一円周上に等角度（９０度）間隔で設けられている。なお、セパレーター９６の後端部外周には周方向にわたってフランジ９７が突出状に形成されており、保護筒３１に断続的に周設された内向き凸部３６にて受けられている。そして、セパレーター９６の下面の中央にはヒーター６１の後端寄り部位を内挿可能の有底状の空孔が形成されている。

なお、ヒーター６１は、その先端部（図１下端部）の一側（図１右側）に発熱部６２を備えており、後端部の側面には、この発熱部６２に連なる通電用の一対の端子電極部６４を備えており、同端子電極部６４には、それぞれリード線４１がヒーター用通電端子６６を介して電気的に接続されている。そして、各リード線４１は上記した第２端子金具７１に接続されたリード線４１と同様にしてセパレーター９６、シール材９９の配線用空孔を通され、センサ１の後端部１０１から引き出されている。保護筒３１は、本形態では先端側（図１の下側）の約半分が大径部３２で、後端側の約半分がテーパー部３４を介して小径部３３とされ、小径部３３の適所３７をかしめ変形させてシール材９９を固定している。なお、図１中の１０２は、撥水性のある通気シートであり、金属パイプ１０３に被せた状態で、シール材９９中に配置され、検出素子２１の内側に大気を導入するようにされている。

さて次に、本発明の要旨であるところの端子金具について詳細に説明する。まず、第１端子金具８１の詳細を図３を参照して説明する。図３のうち、Ａは第１端子金具８１の説明用の斜視図、Ｂは凸部８５を通る縦断面図、Ｃは側面図である。上記において略述したように、端子金具は第１端子金具８１と、第２端子金具７１とからなっており、センサ１として組み立てられた状態では、第１端子金具８１の内側に第２端子金具７１が配置されて検出素子２１の内部に設けられている。このような、各端子金具８１，７１は、いずれも所定の形状に打ち抜き形成されたバネ性のある金属板（薄板）に曲げ加工を加えることによって形成されている。

このうち、第１端子金具８１は、例えば厚さ０．１ｍｍの矩形の素材（ステンレス鋼板）から形成されており、図３に示したように、側部に軸Ｇ方向に沿って切れ目Ｍ１のある円筒部８３を備えている。円筒部８３は、自由（無負荷）状態で略同一直径で、検出素子２１の内周面２２における後端寄り部位の内部電極層が形成されたストレート部２４の内径よりも外径が若干小さく形成されている。そして、その図示上端部は、テーパー状に拡径されたテーパー拡径部８４ａを備えており、そのテーパー拡径部８４ａの図示上端には拡径円筒部８４ｂが連設されている。このテーパー拡径部８４ａのテーパー角は、素子２１の後端２５と内周面との角に付けられた面取り２６のテーパー角と略同じとされている。また、このテーパー拡径部８４ａの外径は、検出素子２１のストレート部２４の内径より大きく設定されており、第１端子金具８１を検出素子２１内に挿入する際に、そのテーパー拡径部８４ａが検出素子２１の後端２５の面取り２６に係合して、その軸Ｇ方向の位置決めをなすようにされている。すなわち、このテーパー拡径部８４ａは第１端子金具８１の検出素子２１内への挿入において、その挿入のし過ぎを防止する突出部とされている。なお、挿入し過ぎの防止という目的より、テーパー拡径部８４ａは突出部の例示であり、単に円環状のフランジ或いは外歯状に形成したものとしてもよい。ただし、本形態では、上記もしたように、素子２１内のストレート部２４の先端に、第１端子金具８１が素子内に挿入された際に係合する棚部（環状の段部）２４ａが形成されている。このため、仮にテーパー拡径部８４ａがなくとも、或いは、第１端子金具８１の検出素子２１内への挿入において、その挿入のし過ぎとなるような場合でも、その挿入のし過ぎが防止されるように構成されている。

このような第１端子金具８１の円筒部８３の軸Ｇ方向における中間部位には、同軸方向から見て略等角度間隔で３箇所において、矩形片状をなす凸部８５が外方に図示斜め上向きに突出状に設けられている。なお、軸Ｇ方向から見てこの凸部８５の先端を通る円は、第１端子金具８１が自由状態にあるとき、検出素子２１のストレート部２４の内径より大きく設定されている。このため、この第１端子金具８１が円筒部８３の軸方向に沿って素子２１の後端２５側から挿入された際においては、凸部８５が検出素子２１の内周面の内部電極層を擦る形となる。そして、この凸部８５は、検出素子２１の内部電極層の形成されているストレート部２４に、自身のバネ性で押付けられて突っ張り状に保持されるように形成されている。なお、この凸部８５は、本形態では、第１端子金具８１を製造するために所定形状に打ち抜いた素材（矩形の金属板）おいて、凸部８５に対応する部位のうちその下辺が円筒部８３に連なるようにコ字形に切断されたものから、第１端子金具８１として形成したとき、斜め上向きに突出状になるように設けられており、円筒部８３には凸部８５に対応して３つの矩形の窓が開いた形となっている。

さて、次に図２及び図４に基づいて、第２端子金具７１について詳細に説明する。この第２端子金具７１は、第１端子金具８１より厚く、バネ性の強い例えば厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板から形成され、所定の加工を加えることで図４に示したような形状となるように形成されている。図４−Ａは、その斜視図であり、図４−Ｂは、図１において同第２端子金具７１のみを左側から見た図であり、図４−Ｃは右側から見た図である。

この第２端子金具７１は、側部に直線状の側縁７８に挟まれて直線状をなす切れ目Ｍ２のある大径の円筒部７３を主体としてなり、それに連なる図示下方が先細りテーパーを呈し、検出素子２１内に挿入されている第１端子金具８１の内側に挿入するときのガイドをさせる挿入用ガイド部７２、及びこの挿入用ガイド部７２の下に、ヒーター６１の側面（図１左側）部分を検出素子２１の内周面２２の一側（図１右側）に押し付けるためのヒーター支持部（押圧部）８０を備えている。そして、円筒部７３の外径は、自由状態において、検出素子２１の内部電極層のあるストレート部２４の内径と同径でもよいが、本例ではそれより大きく形成されている。これにより、検出素子２１内に挿入された第１端子金具８１の内側に挿入されることで、第１端子金具８１の円筒部８３をそのバネ性及び凸部８５のバネ性にも抗して外方に拡径状に押し広げ、同円筒部８３の外周面を検出素子２１の内部電極層に押さえつけるように形成されている。なお、第２端子金具７１の円筒部７３は、実際には真円とするのでなく、図６に示したように、その横断面視において、その横断面を馬蹄形状に近い形状としておき、その外周面のうちの開口寄りの両側部位７３ａと、軸線Ｇを挟んで開口と反対が位置する部位７３ｃの３点圧接状となるような局所的な接触とするのが好ましい。すなわち、中間部位７３ｂでは第１端子金具８１の円筒部８３を押付けていなくともよい。このようにすると、素子２１内において、第１端子金具８１を確実に押し広げ、内部電極層に強く押付けることができるためである。なお、第２端子金具７１の円筒部７３の横断面が馬蹄形状に近い形状である場合には、その横断面における円筒部７３の外接円を想定し、その外接円の直径を円筒部７３の外径として考え、この直径を検出素子２１のストレート部２４の内径より大きくなるようにすればよい。

また、第２端子金具７１のうち挿入用ガイド部７２及びヒーター支持部（押圧部）８０は、切れ目Ｍ２を挟んで、図４−Ｂにおいて左右対称に、横方向の切り込み７９を介して一体的に備えている。また、これら挿入用ガイド部７２及びヒーター支持部８０のうち、切れ目Ｍ２と軸線Ｇを挟む反対側は、図４−Ｃに示したように、これらの内径に近い幅で逆Ｕ字形に切り込まれた切欠き部Ｋをなして開口されており、ヒーター６１を円筒部７３の内側に配置したとき、そのヒーター支持部８０の内面にて切り欠き部Ｋ側にヒーター６１の側面を押すように形成されている。本形態ではヒーター支持部８０はヒーター６１を把持（或いは保持）するようにはなっておらず、軸線Ｇ方向から見たとき、例えば１／４円弧状に形成されて、ヒーター６１が同ヒーター支持部８０の内面に当接するようにされている。ただし、切り欠き部Ｋの有無に関係なく、このヒーター支持部８０にてヒーター６１を積極的に把持させるように、その形状、内径を設定してもよい。

なお、図４に示したように、円筒部７３の上方であって軸線Ｇを挟んだ切れ目Ｍ２の反対側には、リード線部７４が外向きに傾斜する屈曲部７４ａを介して上に延びており、リード線部７４の上端にはリード線４１の芯線をカシメ把持して接続するためのツメ付のコネクタ部７５を備えている。なお、本形態では、リード線部７４の中央には舌片状のバネ片７６が外向きに傾斜して設けられており、センサとして組み立てたときにおいてセパレーター９６の配線用空孔に押し付けられるように設定されている（図１参照）。また、円筒部７３の後端には、外向きに突出する複数の歯７７が設けられており、その歯７７の上面に、セパレーター９６の先端面が当接するように設定されている。これにより、この歯７７は、第２端子金具７１を、検出素子２１内に挿入された第１端子金具８１の内側に挿入するときの押し付け部と、入り込み過ぎを防ぐストッパとして機能する。

さて次に、このような第１、第２端子金具８１，７１の素子２１への挿入（組み付け）について説明する。ただし、説明を容易にするため、素子２１と、これに挿入する第１、第２端子金具８１，７１との関係のみを示した説明図（図５）に基づいて説明する。図５−Ａ、Ｂに示したように、まず、第１端子金具８１を検出素子２１内にその後端２５側から挿入する。すると、挿入前に外向きに突出していた凸部８５は、挿入後には素子２１の内周面２２に押し付けられる形となり、突っ張り状となって、その分、凸部８５が窓を閉じるように変形して保持される。その後、図５−Cに示すように、検出素子２１内に挿入された第１端子金具８１の内側に、ヒーター（図示せず）を内側に配置させた第２端子金具７１をその円筒部７３の軸方向に挿入する。こうすることで、第１端子金具８１はその円筒部８３が、第２端子金具７１のバネ性によって半径方向に押し広げられてストレート部２４の内部電極層に押付けられる。すなわち、図５−Ｂの拡大図に示したように、第１端子金具８１のみを挿入した段階では、その円筒部８３と内部電極層の形成されたストレート部２４の内周面との間には隙間があるが、第２端子金具７１を挿入することで、凸部８５が変形して窓が閉じるようになる。かくして、第１端子金具８１の円筒部８３の凸部８５を除く部位の少なくとも一部（本形態では略全体）は検出素子２１の内部電極層と電気的に接続される（図６参照）。

なお、本形態のセンサ１において、その実際の組立は、図７の左側に示した半組み立て体Ｈ１であるところの、金具本体１１に固定された検出素子２１の中空部Ｔに対し、第１端子金具８１を挿入しておき、その後、同図右側に示したような、第２端子金具７１内にヒーター６１を通すとともにその他の部品からなる半組み立て体Ｈ２を組み付けることで組み立てられる。すなわち、このようにヒーター６１を含む半組立て体Ｈ２を、そのヒーター６１が検出素子２１の中空部Ｔに挿入された第１端子金具８１の内側に、検出素子２１の後端２５から挿入し、第２端子金具７１の挿入用ガイド部７２を第１端子金具８１内に臨ます。そして、半組み立て体Ｈ２において第２端子金具７１の円筒部７３を第１端子金具８１内に押込む。こうすることで第２端子金具７１の円筒部７３が第１端子金具８１の円筒部８３を押し広げ、検出素子２１の内部電極層に円筒部８３を押し付ける。かくして、その間の導通が確保される。なお、ヒーター支持部８０は、第２端子金具７１の円筒部７３の変形により、ヒーター６１を検出素子２１の内面２２の図示右側に押し付ける。また、この押込みと同時に、検出素子２１の外面の外部電極層への接続用の端子金具９１も同時にセットされる。

さて次に、このような本形態のセンサ１における作用ないし効果について説明する。上記した組立における第１端子金具８１の検出素子２１内への挿入においては、本形態では、その後端寄り部位のテーパー状拡径部８４ａが、検出素子２１の後端２５の面取り２６に当たることで軸線G方向の位置決めがなされる。このとき、凸部８５の部位における外径（換言すれば、各凸部８５の上端同士を結んだ外接円の直径）が自由状態においては検出素子２１の内径より大きくされているため、その挿入後においては検出素子２１の内部電極層の形成された内周面（ストレート部２４の内周面）に凸部８５がバネ性によって押付けられて突っ張り状に保持される（図５−Ｂ参照）。このため、その状態においては、第１端子金具８１は脱落することがない。したがって、その後、第２端子金具７１を挿入するのに支障が生じることが防止される。

また、第１端子金具８１の検出素子２１内への挿入においては、上記したようにその円筒部８３の凸部８５が検出素子２１の内部電極層を擦る形となるため、内部電極層はその擦られた部位が幾分は削り取られる。しかし、凸部８５に擦られていない部位の内部電極層は無傷であり、内部電極層の形成（メッキ）時の厚みのままで残っている。そして、第２端子金具７１を第１端子金具８１内に挿入する際には、その両部品間での摩擦があるだけである。これにより、第１端子金具８１内に挿入された第２端子金具７１が、そのバネ性で第１端子金具８１の円筒部８３を押し広げて検出素子２１の内周面を押え付けるときには、凸部８５によって擦られていない部位の内部電極層を押付けることになる。かくして、内部電極層と第２端子金具７１とは第１端子金具８１を介して高い信頼性でその電気的接続が行われる。この結果、第２端子金具７１のリード線部７４を介して内部電極層からの検出信号が外部のリード線に安定して出力される。

本形態では、第１端子金具８１の検出素子２１内への挿入においては、上記もしたようにその後端寄り部位のテーパー状拡径部８４ａが検出素子２１の後端２５の面取り２６に当たることで、その挿入し過ぎの防止（軸方向の位置決め）がされる。したがって、第１端子金具８１の適切な挿入が簡易に確保できるという効果もある。また、このようにしておくことで、第２端子金具７１の挿入時に、一緒に検出素子２１内の奥所にずれることも防止できる。加えて本形態では、上記もしたように、検出素子２１内に挿入された際の第１端子金具８１の先端（図示下端）が、検出素子２１内に形成された棚部２４ａにて受け止められるようになっているため、さらにその安全性が高いものとなっている。

また、第１端子金具８１における凸部８５は、上記形態では後端向きに斜めに突出する矩形片形状のものとしたため、第１端子金具８１の検出素子２１に対する挿入時の引っ掛かりもなく、したがって、その円滑な挿入ができる。ただし、本発明において、この凸部８５は、その突出向きや形状が上記形態のものに限定されるものでないことは、その凸部８５の作用、効果からして明らかである。図８に示した第１端子金具８１は、そのような凸部８５の１例を示したものである。この凸部８５は、第１端子金具８１の筒状部である円筒部８３の外周面に、上下に両端支持（固定）状で外向きに膨らむアーチ状をなすものとした例である。また、上記の実施の形態において例示した、後端向きに斜めに突出する矩形片形状のものとする場合でも、図９に示した第１端子金具８１におけるような凸部８５としてもよい。すなわち、この凸部８５は、素材における凸部をなす部位の周囲に単に切り込みを入れて突出させたものではなく、周囲を所定幅で打ち抜いてスリットＳを設けた上で突出させるようにしたものである。このようにすれば、凸部８５の縁に妨げられることなく窓を閉じるように変形しやすいため、円筒部８３の外周面を内部電極層に押付け易いという効果がある。なお、いずれの形態の凸部とするしても、その数に限定はないが、周方向に間隔（好ましくはなるべく等角度間隔）をおいて３箇所以上とするのが、第１端子金具８１を検出素子２１の内部に同心状に保持しやすいために好ましい。

本発明における第１端子金具８１における切れ目Ｍ１は、上記の実施の形態では、軸Ｇ方向に沿う直線状のものとしたが、これはジグザグ状としてもよいし、傾斜状のものとしてもよい。図１０は、第１端子金具８１の切れ目Ｍ１をジグザグ状とした実施例を示したものである。第１端子金具８１の切れ目Ｍ１が直線状のものでは、その切れ目に、後で挿入する第２端子金具７１の切れ目Ｍ２を挟む直線状の側縁７８の一方が嵌ってしまうことがある。そして、その状態で挿入する際には、検出素子２１の内面（内部電極層）を深く削る形となったり、引っ掛かる形となるため、挿入における押込み力の異常増大を招くなどの不具合が発生する危険性がある。これに対して、第１端子金具８１における切れ目Ｍ１を軸Ｇ方向に平行でなく、ジグザグ状や傾斜状のものとしておくと、第２端子金具７１の切れ目Ｍ２を挟む直線状の側縁７８が、第１端子金具８１の内面に沿ってその切れ目Ｍ１を乗り越える形で押込まれるため、このような不具合の発生を招くこともない。

さらに、本発明のガスセンサは、上記においては検出素子２１を活性化温度まで短時間で加熱するようにその検出素子２１内にヒーター６１を配置してなるものとして具体化したが、本発明は、このようなヒーター６１を備えないセンサにおいても具体化できる。図１１は、そのセンサ２の１例を示したものであるが、図１のセンサとは、ヒーターが配置されていない点と、同ヒーターへの電流印加用のリード線がない点のみが異なるだけのため、同一部位には、同一の符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。

なお、図１１に示したセンサ２は、第２端子金具７１を図１に示した形態のセンサ１と兼用したものであるため、ヒーター支持部８０はその実質的な意味はなく、したがって、この第２端子金具７１では、ヒーター支持部８０を除去したものとしてもよい。なお、この場合でも、第２端子金具７１の筒状部である円筒部７３の先端には、検出素子２１内に挿入した第１端子金具の内側に挿入する際のガイドをなすような挿入用ガイド部７２は設けておくのが好ましい。

本発明は、上記した内容のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更して具体化できる。例えば、上記においては、内部電極層の出力を外部に引き出すためのリード線部を第２端子金具に設けて、この第２端子金具のリード線部を介して外部に引き出されるリード線に接続するようにしたが、このようなリード線部は、第１端子金具に設けておいてもよい。また、各端子金具の筒状部の横断面は必ずしも真円である必要がないことは言うまでもない。第２端子金具を挿入したとき、第１端子金具の内周面を押し広げて、その第１端子金具の外周面が内部電極層に押付けられるように形成されていればよく、馬蹄形に近い円形状や楕円形状の円筒部を筒状部として設けてもよい。さらに、本発明を構成する端子金具は、第１端子金具と、第２端子金具とからなるものであるが、第１端子金具と第２端子金具とが直接接続されている場合だけでなく、両端子金具の間にさらに別の金属（端子金具）が介在されており、これら第１、第２の端子金具が間接的に接続されるものとしても具体化できる。また、第１端子金具と内部電極層との間においても直接の接続である場合に限られず、別の金属（端子金具）が介在されて間接的な接続となるものとしても具体化できる。上記においては、酸素センサにおいて具体化したが、その他のガスセンサにおいても具体化できる。

本発明のガスセンサを実施するための最良の形態を説明する正面縦断面図及び一部省略要部拡大破断面図。 図１の要部拡大破断面図のさらなる拡大図（但し、検出素子に外嵌される端子金具及びセパレータについては図示省略）。 図１のガスセンサに用いた端子金具のうちの第１端子金具の説明図で、Ａは斜視図、Ｂは凸部を通る縦断面図、Ｃは側面図。 図１のガスセンサに用いた端子金具のうちの第２端子金具の説明図で、Ａはリード線部を省略した斜視図、Ｂは図１における左側面図、ＣはＢを背面側から見た図。 Ａは第１端子金具を検出素子内に挿入する前の素子の説明用断面図、Ｂは第１端子金具を検出素子内に挿入したときの説明用断面図、Ｃはその後で第１端子金具内に第２端子金具を挿入したときの説明用断面図。 第２端子金具が、第１端子金具を押し広げている状態を説明する拡大横断面図。 ガスセンサの組み立て過程の説明用の正面縦断面図。 第１端子金具の凸部の別例の説明図。 第１端子金具の凸部の別例の説明図。 第１端子金具の別例の説明用斜視図。 ヒーターを備えないガスセンサを説明する正面縦断面図及び一部省略要部拡大図。

符号の説明

１、２ 酸素センサ
２１ 検出素子
２２ 内周面
２４ａ 検出素子の内周面の棚部
４１ 出力取り出し用のリード線
６１ ヒーター
７１ 第２端子金具
７２ 第２端子金具の挿入用ガイド部
７３ 第２端子金具の筒状部
８０ ヒーター支持部
８１ 第１端子金具
８３ 第１端子金具の筒状部
８４ａ 第１端子金具の後端寄り部位の突出部
８５ 凸部
Ｍ１ 第１端子金具の切れ目
Ｍ２ 第２端子金具の切れ目
Ｇ 軸
Ｔ 検出素子の中空部

Claims (5)

1. 先端が閉じた中空軸状をなし、内周面に内部電極層を有する検出素子と、その中空部内に配置されて前記内部電極層に電気的に接続される端子金具とを備えてなるガスセンサであって、
   この端子金具は、第１端子金具及び第２端子金具とを含んでなり、
   第１端子金具は、バネ性のある金属板から側部に切れ目のある筒状部を有するものに形成され、自由状態で、その筒状部の外径が検出素子のうち当該第１端子金具の筒状部の配置が予定される部位の内径より小さくされ、その筒状部には部分的に外側に突出する凸部を備えており、しかも、この凸部は第１端子金具をその筒状部の軸方向に検出素子内に挿入した際に、その検出素子の内周面に、自身のバネ性で突っ張り状に保持されるように形成され、
   第２端子金具は、バネ性のある金属板から側部に切れ目のある筒状部を有するものに形成され、自由状態で、その筒状部の外径を、第１端子金具の筒状部の内径より大径とし、しかも、第２端子金具をその筒状部の軸方向に、検出素子内に挿入した第１端子金具の内側に挿入した際に、第２端子金具の筒状部が第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を検出素子の内部電極層に押付けるように形成され、
   検出素子内に第１端子金具をその筒状部の軸方向に挿入した後、第２端子金具をその筒状部の軸方向に、第１端子金具の内側に挿入し、この挿入状態において、第２端子金具の筒状部のバネ性によって、第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を前記内部電極層に押付けていることを特徴とするガスセンサ。
2. 第１端子金具は、その挿入における後端又は後端寄り部位の外側に、第１端子金具の検出素子内への挿入においてその検出素子に係合してその挿入し過ぎを防止する突出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記検出素子の内周面に、第１端子金具の検出素子内への挿入において筒状部の先端を係合させて第１端子金具の挿入し過ぎを防止する棚部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 第２端子金具は、その挿入における筒状部の先端に、検出素子内に挿入した第１端子金具の内側に挿入する際のガイドをなす挿入用ガイド部を一体的に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 第２端子金具はその筒状部の内側に、前記検出素子の中空部内に配置されて該検出素子を加熱するための軸状をなすヒーター備え、かつ、第２端子金具はその筒状部に、該ヒーターを内側に保持又は配置して支持するヒーター支持部を一体的に備えるとともに、該ヒーター支持部は、前記ヒーターを前記筒状部の内側に通して支持した状態において、検出素子内に挿入した第１端子金具の筒状部の内側に挿入する際のガイドをなすように形成され、
   検出素子内に第１端子金具をその筒状部の軸方向に挿入した後、第２端子金具を、その筒状部の内側に前記ヒーターを通しかつ前記ヒーター支持部で支持した状態で、その筒状部の軸方向に、第１端子金具の内側に挿入し、この挿入状態において、第２端子金具の筒状部のバネ性によって、第１端子金具の前記筒状部を拡径状に押し広げてその外周面の少なくとも一部を前記内部電極層に押付けていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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