JP4095735B2

JP4095735B2 - Oxygen sensor

Info

Publication number: JP4095735B2
Application number: JP00924699A
Authority: JP
Inventors: 正一大月; 聡石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP2000206079A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関やボイラー等の各種燃焼機器において、排気中の酸素濃度を測定するのに用いられる酸素センサに関し、詳しくは、酸素センサを構成するセンサ素子もしくはヒータ素子とリード線との接続端子を改良した酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ジルコニア等からなる固体電解質を、一端が閉塞し、他端が開口した有底筒状に形成し、更に、その内外表面に多孔質電極を形成することにより作製されたセンサ素子を用いて、各種燃焼機器の排気中の酸素濃度を検出する酸素センサが知られている。
【０００３】
この種の酸素センサには、センサ素子から検出信号を取り出すために、通常、センサ素子の中空部に内嵌されて、センサ素子の内側表面に形成された多孔質電極に接続される第１の接続端子と、センサ素子の周囲に外嵌されて、センサ素子の外側表面に形成された多孔質電極に接続される第２の接続端子との２種類のセンサ素子用接続端子が備えられ、これら各接続端子のセンサ素子への嵌合部とは反対側端部を、夫々、検出信号取出用のリード線に圧着することにより、リード線を介してセンサ素子からの検出信号を外部に取り出すようにされている。
【０００４】
また、このように嵌合によりセンサ素子の各電極に接続されるセンサ素子用接続端子には、通常、硬くて弦性（ばね力）を有し、しかも、加熱により更に硬化（高温時効硬化）する、インコネル７５０，インコネル７１８等の時効硬化材料が用いられる。尚、インコネルとは、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の総称であり、数値に応じて各金属成分の配合比率が異なる。
【０００５】
つまり、酸素センサは、振動が激しく、しかも温度変化が大きい内燃機関等の排気管に取り付けられることから、センサ素子用接続端子は、振動や温度変化によってセンサ素子との接続不良が生じることのないようにする必要がある。そこで、従来では、こうした厳しい条件下でもセンサ素子にしっかりと嵌合し、且つ、その嵌合状態を保持し得る、インコネル等の時効硬化材を用いて、センサ素子用接続端子を作製しているのである。
【０００６】
一方、センサ素子はある温度以上（３００℃〜４００℃程度）でないと酸素濃度を正常動作しないことから、使用時に、センサ素子を速やかに活性化させるために、ヒータ素子を備えた酸素センサも知られている。そして、ヒータ素子を備えた酸素センサには、ヒータ素子への給電のために、ヒータ素子の電極と給電用のリード線とを接続するヒータ素子用接続端子が備えられる。
【０００７】
また、このヒータ素子用接続端子は、通常、その一端を、ヒータ素子の電極にろう付けし、他端をリード線に圧着することにより、ヒータ素子とリード線とを接続するようにされている。そして、このようにろう付けによりヒータ素子に接続されるヒータ素子用接続端子には、ろう付け部分が振動や熱膨張等によって外れることのないようにするために、ヒータ素子の電極部分と熱膨張率が略同じＶＮｉＰ等の比較的柔らかい材料が使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように嵌合と圧着とにより素子とリード線とを相互に接続するセンサ素子用接続端子においては、素子への嵌合部を硬くすればするほど、素子の電極との接続状態を保持でき、好ましいのであるが、圧着部については、硬くし過ぎると、圧着時の変形の内の弾性変形分が大きくなり、圧着部がゆるんでしまい、圧着部からリード線が抜け易くなるという問題がある。このため、従来のセンサ素子用接続端子は、その製造時に、リード線への接続不良が生じない範囲内で硬化させるしかなく、センサ素子用接続端子の嵌合部を、嵌合に適した硬さにすることは困難であった。従って、従来の酸素センサでは、使用中の温度上昇によって接続端子が高温時効硬化するまでの間に、激しい振動があると、センサ素子用接続端子のセンサ素子への嵌合部がゆるんでしまい、接続不良が発生することがあった。
【０００９】
また、ろう付けと圧着とにより素子とリード線とを相互に接続するヒータ素子用接続端子においては、ろう付け部を、ろう付けに適した比較的柔らかい材料にて形成すると、使用中、仮にリード線が引っ張られた際、リード線が断線してしまったり、圧着部から抜けてしまったりする可能性が生じる問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、センサ素子やヒータ素子を接続端子を介してリード線に接続するようにした酸素センサにおいて、使用時の振動・温度変化等に影響されることなく、素子とリード線との接続状態を保持できるようにすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、酸素濃度を検出するセンサ素子と、一端が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検出信号出力用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前記センサ素子とを接続する導電性のセンサ素子用接続端子とを備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記センサ素子用接続端子の前記センサ素子側の嵌合部と前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が圧着部の硬度よりも大きくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成してなることを特徴とする。
【００１２】
このように、請求項１記載の酸素センサにおいては、センサ素子から検出信号を取り出すために、センサ素子の電極部分とリード線とを嵌合及び圧着により相互に接続する導電性のセンサ素子用接続端子が備えられている。そして、このセンサ素子用接続端子のセンサ素子への嵌合部と、リード線への圧着部とは、嵌合部の硬度が圧着部の硬度よりも大きくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成される。
【００１３】
このため、本発明（請求項１）によれば、センサ素子用接続端子のセンサ素子への嵌合部を、振動により外れることのない嵌合に適したバネ力を持たせ、センサ素子用接続端子のリード線への圧着部を、リード線への圧着に適した硬度にすることができる。つまり、本発明によれば、センサ素子用接続端子の嵌合部と圧着部とを、夫々、センサ素子及びリード線を接続するのに最適な特性にすることができる。
【００１４】
従って、本発明の酸素センサによれば、使用中に酸素センサに加わる振動によってセンサ素子用接続端子の嵌合部がセンサ素子の電極部分から外れてしまうとか、或いは、センサ素子用接続端子の圧着部をリード線に圧着した際、圧着後の接続端子の塑性変形によって、リード線が圧着部から抜けてしまう、というようなことはなく、センサ素子の電極部分とリード線とを常に確実に接続しておくことが可能になる。よって、本発明によれば、センサ素子とリード線との接続不良によって、酸素濃度を検出できなくなるようなことはなく、酸素センサの信頼性を向上することが可能になる。
【００１５】
次に、請求項２記載の発明は、酸素濃度を検出するセンサ素子と、一端が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検出信号出力用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前記センサ素子とを接続する導電性のセンサ素子用接続端子と、前記センサ素子を加熱し、活性化させるヒータ素子と、一端が前記ヒータ素子の電極部分に嵌合され、他端がヒータ素子通電用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前記ヒータ素子とを接続する導電性のヒータ素子用接続端子とを備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記各接続端子の前記センサ素子又はヒータ素子側の嵌合部と、前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が圧着部の硬度よりも大きくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成してなることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項２記載の酸素センサは、請求項１記載の酸素センサの構成に加えて、センサ素子を過熱し活性化させるヒータ素子を備える。そして、ヒータ素子とリード線とを、ヒータ素子の電極部分への嵌合部とリード線への圧着部とを有するヒータ素子用接続端子を用いて接続するようにし、更に、このヒータ素子用接続端子を、請求項１記載のセンサ素子用の接続端子と同様、嵌合部の硬度が圧着部の硬度よりも大きくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成している。
【００１７】
このため、本発明（請求項２）の酸素センサによれば、センサ素子用接続端子だけでなく、ヒータ素子用接続端子についても、その嵌合部と圧着部とを、夫々、素子とリード線とを接続するのに最適な特性にすることができる。よって、本発明によれば、センサ素子とリード線との接続不良によって酸素濃度を検出できなくなるのを防止できるだけでなく、ヒータ素子とリード線との接続不良によって、センサ素子を加熱できなくなるのも防止し、酸素センサの信頼性をより一層向上することが可能になる。
【００１８】
ここで、請求項１又は請求項２記載の酸素センサにおいて、センサ素子とリード線とを接続するセンサ素子用接続端子、或いは、請求項２記載の酸素センサにおいてヒータ素子とリード線とを接続するヒータ素子用接続端子としては、嵌合部を、請求項３に記載のように、加熱により硬化（高温時効硬化）する時効硬化材にて構成するとよい。
【００１９】
つまり、嵌合部を、こうした時効硬化材にて構成すれば、熱処理等によって嵌合部を、センサ素子或いはヒータ素子への嵌合に適した硬さにまで時効硬化させることができ、熱処理を行う際の温度や処理時間を管理することにより、嵌合部の硬度調整を容易に行うことができる。また、時効硬化材は、使用時の温度変化によって、更に硬化することはあっても、軟化して弦性（ばね力）が弱まることはないので、各素子用接続端子のセンサ素子或いはヒータ素子への嵌合状態をしっかりと保持し、振動等により嵌合部で素子の電極への接続不良が生じるのを防止できる。
【００２０】
また請求項１又は請求項２記載の酸素センサのように、センサ素子用接続端子やヒータ素子用接続端子の嵌合部と圧着部とを異なる特性にするには、例えば、嵌合部と圧着部とを同一の時効硬化材にて一体形成し、嵌合部側のみを熱処理により時効硬化させるようにしてもよいが、この場合、圧着部が時効硬化することのないよう、嵌合部と圧着部を熱的に隔離した状態で、嵌合部を時効硬化させる必要があり、極めて困難である。また、こうした製造方法を実現できたとしても、専用の製造装置が必要になり、コストアップにつながる。
【００２１】
そこで、請求項１又は請求項２記載の酸素センサにおいて、センサ素子用或いはヒータ素子用の接続端子は、嵌合部と圧着部とを別体で製造しておき、その後、嵌合部と圧着部とを接合することにより、一体化するとよい。
そして、このように別体で製造した嵌合部と圧着部とを接合して一体化するに当たっては、請求項４に記載のように、嵌合部と圧着部とを圧着によって接続するようにしてもよいし、また、請求項５に記載のように、嵌合部と圧着部とを溶着にて接続するようにしてもよい。また、このように嵌合部と圧着部とを溶着する際には、レーザ溶接又はスポット溶接にて行うようにすれば、一般的な溶接機を利用できるので、好ましい。
【００２２】
尚、請求項４記載のように、嵌合部と圧着部とを圧着によって接続する場合には、嵌合部は、嵌合に適した硬さに設定されており、圧着には向かないので、圧着部側に嵌合部側の接続部分を覆う圧着用の接続部分を形成し、この接続部分を周囲から加締めることにより、嵌合部と圧着部とを圧着接続するようにするとよい。
【００２３】
次に請求項６記載の発明は、酸素濃度を検出するセンサ素子と、一端が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検出信号出力用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前記センサ素子とを接続する導電性のセンサ素子用接続端子と、前記センサ素子を加熱し、活性化させるヒータ素子と、一端が前記ヒータ素子の電極部分にろう付けされ、他端がヒータ素子通電用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前記ヒータ素子とを接続する導電性のヒータ素子用接続端子とを備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記センサ素子用接続端子の前記センサ素子側の嵌合部と前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が圧着部の硬度よりも大きくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成し、前記ヒータ素子用接続端子の前記ヒータ素子側のろう付け部と前記リード線側の圧着部とを、ろう付け部の熱膨張率が圧着部の熱膨張率よりも小さく、かつ、ろう付け部の硬度が圧着部の硬度よりも小さくなるよう、熱膨張率と硬度の異なる導電材料にて形成してなることを特徴とする。
【００２４】
即ち、本発明（請求項６）の酸素センサは、請求項２に記載の酸素センサと同様、請求項１記載の酸素センサの構成に加えて、センサ素子を過熱し活性化させるヒータ素子を備える。そして、ヒータ素子とリード線とを、ヒータ素子の電極部分へのろう付け部とリード線への圧着部とを有するヒータ素子用接続端子にて、ろう付けと圧着とで接続するようにし、更に、このヒータ素子用接続端子を、ろう付け部の熱膨張率が圧着部の熱膨張率よりも小さく、かつ、ろう付け部の硬度が圧着部の硬度よりも小さくなるよう、熱膨張率と硬度の異なる導電材料にて形成している。
【００２５】
このため、本発明（請求項６）の酸素センサによれば、ヒータ素子用接続端子のろう付け部及び圧着部の熱膨張率と硬度とを、夫々、ヒータ素子及びリード線への接続に適した特性にすることができる。よって、本発明の酸素センサにおいても、請求項３記載の酸素センサと同様、センサ素子とリード線との接続不良によって酸素濃度を検出できなくなるのを防止できるだけでなく、ヒータ素子とリード線との接続不良によって、センサ素子を加熱できなくなるのも防止し、酸素センサの信頼性をより一層向上することが可能になる。
【００２６】
つまり、ろう付けを行うには熱膨張率の小さい材料を用いるのが適当であるが、そういった材料は、大抵の場合柔らかく、ヒータ素子用接続端子を介したヒータ素子とリード線との接続に十分な引張強度が得られない可能性がある。そこで、例えばろう付けに適した材料と圧着に適した材料とを接合する等して、ろう付け部及び圧着部の特性（熱膨張率及び硬度）を適切なものに設定すれば、引張強度の向上が可能となる。
【００２７】
即ち、請求項６記載の酸素センサのように、ヒータ素子用接続端子のろう付け部と圧着部とを異なる特性にするためには、これら各部を同一材料にて一体形成することは困難であることから、請求項６記載の酸素センサにおいて、ヒータ素子用接続端子を製造する際には、ろう付け部と圧着部とは別体で作製し、その後これら各部を接合することになる。
【００２８】
そして、このように別体で製造したろう付け部と圧着部とを接合して一体化するに当たっては、請求項７に記載のように、ろう付け部と圧着部とを圧着によって接続するようにしてもよいし、また、請求項８に記載のように、ろう付け部と圧着部とを溶着にて接続するようにしてもよい。そして、ろう付け部と圧着部とを溶着する際には、レーザ溶接又はスポット溶接にて行うようにすれば、一般的な溶接機を利用できるので、好ましい。
【００２９】
尚、請求項７に記載のようにろう付け部と圧着部とを圧着によって接続する場合には、ろう付け部は、ヒータ素子の電極部分へのろう付けに適した特性に設定されており、圧着には向かないので、圧着部側にろう付け部側の接続部分を覆う圧着用の接続部分を形成し、この接続部分を周囲から加締めることにより、ろう付け部と圧着部とを圧着接続するようにするとよい。
【００３０】
また、請求項６記載の酸素センサにおいて、センサ素子用接続端子については、請求項３又は請求項４又は請求項５に記載の技術を適用し、嵌合部を、加熱により硬化する時効硬化材にて構成したり、或いは、嵌合部と圧着部とを圧着によって接続したり、或いは、嵌合部と圧着部とを溶着によって接続するとよい。
【００３１】
また次に、請求項９記載の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項６に記載の酸素センサにおいて、前記センサ素子は、一端が閉塞し他端が開口した有底筒状の固体電解質の内外表面に多孔質電極を形成することにより構成され、前記センサ素子用接続端子は、前記センサ素子の中空部に内嵌されて、前記センサ素子の内側表面に形成された多孔質電極とリード線とを接続する第１接続端子と、前記センサ素子の周囲に外嵌されて、前記センサ素子の外側表面に形成された多孔質電極とリード線とを接続する第２接続端子と、からなることを特徴とする。
【００３２】
この請求項９記載の酸素センサは、従来技術の項にて説明した一般的な酸素センサに、請求項１，請求項２，又は請求項６記載の発明を適用したものであり、センサ素子として、固体電解質にて有底筒状に形成したものを備え、このセンサ素子の内外表面に各々形成された多孔質電極とリード線とを夫々接続するための２つの接続端子（第１接続端子及び第２接続端子）を備える。そして、これら各接続端子は、請求項１，請求項２，又は請求項６記載のように構成される。従って、本発明（請求項９）の酸素センサにおいては、請求項１，請求項２，又は請求項６記載のものと同様の効果を得ることができ、信頼性の高い酸素センサとなり得る。
【００３３】
尚、本発明（請求項１，請求項２，又は請求項６記載の酸素センサ）は、請求項９に記載のように有底筒状に形成されたセンサ素子を備えた酸素センサに限らず、例えばセラミック基板にチタニア等の遷移金属酸化物からなるセンサ素子を形成したセンサ素子を備えたもの、或いは、ジルコニア等からなる固体電解質を扁平な基板状に形成し、その表裏面に多孔質電極を形成したセンサ素子を１又は複数備えたものであっても適用できる。つまり、本発明は、センサ素子自体に嵌合することによりセンサ素子とリード線とを電気的に接続するセンサ素子用接続端子を備えた酸素センサであれば、適用でき、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された実施例のヒータ付酸素センサ（以下、単に「酸素センサ」という）の全体構成を示す断面図である。
【００３５】
本実施例の酸素センサにおいて、酸素濃度を検出するセンサ素子Ｓは、図１に示す如く、ジルコニアを主成分とする酸素イオン伝導性の固体電解質にて、一端が閉塞し他端が開口した有底筒形状に形成されたセンサ素子本体３を備える。そして、センサ素子本体３の内面側および外面側には、夫々、白金からなる耐熱性の多孔質電極である内側電極５および外側電極７が形成され、更に、センサ素子本体３の外側中央には、鍔部３ａが形成されている。
【００３６】
また、内側電極５及び外側電極７は、センサ素子Ｓの開口部近傍に内嵌及び外嵌された一対のセンサ素子用接続端子（第１接続端子及び第２接続端子）９及び１０を介して、検出信号を外部に取り出すためのリード線１３、１４に接続されている。尚、リード線１３、１４は、絶縁材にて被覆保護された被覆線である。
【００３７】
また、センサ素子Ｓの中空部には、センサ素子Ｓを加熱して活性化させるためのヒータ素子１７が挿入されている。このヒータ素子１７は、セラミックスのグリーンシートに発熱抵抗体パターンを形成し、これを円筒状に巻いて、焼結した所謂セラミックヒータであり、センサ素子Ｓの中空部に内嵌された接続端子９に把持されることにより、センサ素子Ｓの中空部に固定されている。
【００３８】
また、ヒータ素子１７の一端は、センサ素子Ｓの開口部から外側（図では上方）に突出しており、その突出した先端部分の外壁には、内部の発熱抵抗体パターンに電源を供給するための一対の給電用電極１８（図１は一方の電極のみを示す）が形成されている。そして、これら一対の給電用電極１８には、一対のヒータ素子用接続端子１１（図１は一方の接続端子のみを示す）が夫々ろう付けされ、このヒータ素子用接続端子１１を介して、外部からヒータ素子１７に電源供給を行うためのリード線１５、１６が接続されている。尚、リード線１５、１６は、センサ素子用のリード線１３、１４と同様、絶縁材にて被覆保護された被覆線である。
【００３９】
次に、センサ素子Ｓは、セラミック性の筒状の保持部材２１、２３、タルク粉末２５、パッキン２７等を介して、耐熱金属製の主体金具２９内に、主体金具２９を貫いて図の上下に延びるように、その軸中心をあわせて配置される。そして、主体金具２９の下部には、センサ素子Ｓの先端部（筒の一端を閉塞した側）の周囲を被うように、被測定ガスを導入する孔部３１ａを有する保護キャップ３１が装着され、主体金具２９の上部には、センサ素子Ｓおよびセラミックヒータ１７の上部の周囲を覆うように、耐熱金属製（本実施例ではステンレス製）の内筒３３がＯリング３５を介して加締めによって取り付けられ、更に、内筒３３の上部には、耐熱金属製（本実施例ではステンレス製）の外筒３９が外嵌されている。
【００４０】
尚、内筒３３の上部と外筒３９との間の空間（即ち、センサ素子Ｓ上方の空間）には、リード線１３〜１６が貫通する貫通孔４３が形成された略円柱状のセラミックセパレータ４５およびグロメットゴム４７が、センサ素子Ｓ側から順に配置され、これによって、内部に水等が侵入するのを防止している。
【００４１】
この様に構成された本実施例の酸素センサは、主体金具２９を介して、例えば内燃機関等の排気管に取り付けられ、保護キャップ３１にて保護されたセンサ素子Ｓの先端部が排気管内部に突出して、測定対象である排気ガスに晒される。一方、リード線１３〜１６の捩り芯線の隙間等を介してセンサ素子Ｓの内側には、大気が導入されている。その結果、センサ素子Ｓの内側電極５と外側電極７との間には、大気中の酸素濃度と被測定ガス中の酸素濃度との比に応じた電圧が発生し、その電圧が検出信号として外部に出力されることになる。
【００４２】
次に、本発明に関わる主要部である、センサ素子Ｓとリード線１３、１４とを接続するセンサ素子用接続端子９、１０、及び、ヒータ素子１７とリード線１５、１６とを接続するヒータ素子用接続端子１１の構成を説明する。
図２（ａ）に示すように、まず、センサ素子Ｓの中空部に内嵌されるセンサ素子用接続端子９は、センサ素子Ｓの中空部に挿入される側の先端部分に、ヒータ素子１７よりも内径が小さく、ヒータ素子１７を嵌入することによりヒータ素子１７を把持可能な把持部９ａを有する。また、この把持部９ａには、センサ素子Ｓの中空部の内径よりも外径が大きく、センサ素子Ｓの中空部に嵌入することにより、センサ素子の中空部に内嵌される嵌合部９ｂが延設されている。一方、センサ素子Ｓの中空部から突出したセンサ素子用接続端子９の先端部分（把持部９ａとは反対側の先端部分）には、リード線１３の芯線を収納可能に形成され、周囲から加締めることによりリード線１３に圧着可能な圧着部９ｃを有する。
【００４３】
そして、把持部９ａ及び嵌合部９ｂと、圧着部９ｃとは、元々、別体で作製されており、センサ素子用接続端子９は、これら別体で作製したものを、例えばスポット溶接，レーザ溶接等の溶接により溶着することにより、これら各部を備えた接続端子として構成されている。
【００４４】
即ち、把持部９ａは、ヒータ素子１７に外嵌されることにより、ヒータ素子１７を把持する部分であり、嵌合部９ｂは、センサ素子Ｓの中空部に内嵌されることにより、ヒータ素子Ｓの中空部に固定されると同時に内側電極５と電気的に接続される部分であるため、硬く弦性（ばね力）を有する材料にて形成することが望ましい。逆に、圧着部９ｃは、リード線１３の芯線周囲に配置されて外から加締めることにより、リード線１３に圧着される部分であるため、把持部９ａや嵌合部９ｂと同様に、硬く弦性（ばね力）を有する材料にて形成すると、圧着後に圧着部９ｃが広がり、リード線１３が抜けてしまうことになる。そこで、本実施例では、把持部９ａ及び嵌合部９ｂと、圧着部９ｃとを別体で形成し、これら各部を溶着することにより、一体化しているのである。
【００４５】
具体的には、インコネル７５０（又はインコネル７１８）からなる板材をプレス等にて型抜きすることにより、把持部９ａ、嵌合部９ｂ、平面状の溶着部分であるプレート部９ｆ、及び嵌合部９ｂとプレート部９ｆとを接続するリード部９ｈからなる第１部材と、圧着部９ｃ、平面状の溶着部分であるプレート部９ｅ、及び圧着部９ｃとプレート部９ｅとを接続するリード部９ｇからなる第２部材とを作製する。そして、第１部材については、更に、金型等を利用して、把持部９ａ及び嵌合部９ｂが夫々嵌合に適した所望の径となるようにプレス形成した後、これを、熱処理にて硬化（高温時効硬化）させる。
【００４６】
尚、この熱処理は、例えば、７２０℃で約８時間加熱し、次に、時間当たり５５℃の温度変化で２時間弱徐冷し、更に、６２０℃で約８時間加熱し、その後は、常温まで空冷する、といった手順で行う。そして、この手順で熱処理した第１部材は、硬度Ｈｖ４５０から４６０以上を達成できる。
【００４７】
一方、第２部材については、金型等を利用して、圧着部９ｃがリード線１３の加締めに適した所望の形状となるようにプレス形成するだけで、硬化用の熱処理は行わない。この結果、第２部材の硬度は、Ｈｖ２００から４００となり、第１部材よりも柔らかい材質となる。
【００４８】
そして最後に、第１部材のプレート部９ｆと第２部材のプレート部９ｅとの板面を合わせて積層し、この積層部分の中央を溶接用の電極部で挟持し、高電圧を印加して発生する熱により溶融して接合して溶接部９ｄを形成する（スポット溶接の場合）。
【００４９】
尚、第１部材のプレート部９ｆおよび第２部材のプレート部９ｅは、スポット溶接しやすいように、それぞれの横方向（図２（ａ）に対して）の幅を同一とし、それぞれのリード部９ｈ及びリード部９ｇの横方向の幅に対して幅広に形成されている。
【００５０】
一方、図２（ｂ）に示すように、センサ素子用接続端子１０は、一端に、センサ素子Ｓの周囲の外径よりも内径が小さく、センサ素子Ｓを嵌入することにより、センサ素子の周囲に外嵌される嵌合部９ｂを有し、他端に、リード線１４の芯線を収納可能に形成され、周囲から加締めることによりリード線１４に圧着可能な圧着部１０ｂを有する。
【００５１】
そして、嵌合部１０ａと、圧着部１０ｂとは、元々、別体で作製されており、センサ素子用接続端子１０は、これら別体で作製したものを、例えばスポット溶接、レーザ溶接等の溶接により溶着することにより、これら各部を備えた接続端子として構成されている。
【００５２】
即ち、嵌合部１０ａは、センサ素子Ｓの周囲に外嵌されることにより、外側電極７と電気的に接続される部分であるため、硬く弦性（ばね力）を有する材料にて形成することが望ましい。圧着部１０ｂは、センサ素子用接続端子９の圧着部９ｃと同様に塑性変形しない程度の硬さで弦性（ばね力）を有する圧着部に適した材料にて形成することが望ましい。そこで、本実施例では、嵌合部１０ａと、圧着部１０ｂとを別体で形成し、これら各部を溶着することにより、一体化しているのである。
【００５３】
具体的には、インコネル７５０（又はインコネル７１８）からなる板材をプレス等にて型抜きすることにより、嵌合部１０ａ、平面状の溶着部分であるプレート部１０ｅ、及び嵌合部１０ａとプレート部１０ｅとを接続するリード部１０ｆからなる第３部材と、圧着部１０ｂ、平面状の溶着部分であるプレート部１０ｄ、及び圧着部１０ｂとプレート部１０ｄとを接続するリード部１０ｇからなる第４部材とを作製する。
【００５４】
第３部材は、金型等を利用して、嵌合部１０ａが嵌合に適した所望の径となるようにプレス形成した後、センサ素子用接続端子９の第１部材と同様の熱処理を行うことによって製造される。また、第４部材については、センサ素子用接続端子９の第２部材同様、プレス形成するだけで、硬化用の熱処理は行わない。また、第３部材と第４部材の接合方法についても既述したセンサ素子用接続端子９の第１部材と第２部材との接合方法と同様である。
【００５５】
尚、第３部材のプレート部１０ｅ及び第４部材のプレート部１０ｄは、スポット溶接しやすいように、センサ素子用接続端子９と同様、それぞれの横方向（図２（ａ）に対して）の幅を同一とし、それぞれのリード部１０ｆ及びリード部１０ｇの横方向の幅に対して幅広に形成されている。
【００５６】
次に、図３に示すように、ヒータ素子１７とリード線１５、１６とを接続する一対のヒータ素子用接続端子１１は、一端に、ヒータ素子１７の給電用電極１８にろう付けされる棒状のろう付け部１１ａを有し、他端（ろう付け部１１ａとは反対側の先端部分）に、リード線１５、１６の芯線を収納可能に形成され、周囲から加締めることによりリード線１５、１６に圧着可能な圧着部１１ｂを有する。
【００５７】
そして、ろう付け部１１ａと、圧着部１１ｂとは、元々、別体で作製されており、ヒータ素子用接続端子１１は、これら別体で作製したものを、例えばスポット溶接、レーザ溶接等の溶接により溶着することにより、これら各部を備えた接続端子として構成されている。
【００５８】
即ち、ろう付け部１１ａは、ヒータ素子１７の給電用電極１８にろう付けされるため、ヒータ素子１７を形成するセラミックスと熱膨張率の合う、熱膨張率の小さい、柔らかい材料にて形成することが望ましい。逆に、圧着部１１ｂは、リード線１５、１６の芯線周囲に配置されて外から加締めることにより、リード線１５、１６に圧着される部分であるため、ろう付け部と同じ熱膨張率が小さい柔らかい材料にて形成すると、リード線１５、１６の芯線が内燃機関の排気ガス温度上昇により熱膨張した後、冷却するとリード線の芯線だけが収縮し、圧着部１１ｂが広がったままの状態となるため、リード線１５，１６が抜けてしまうことになる。そこで、本実施例では、ろう付け部１１ａと、圧着部１１ｂとを別体で形成し、これら各部を溶着することにより、一体化しているのである。
【００５９】
具体的には、ＶＮｉＰからなる板材をプレス等にて型抜きして所望の形状にプレス加工することにより、ろう付け部１１ａ、平面状の溶着部分であるプレート部１１ｄ、及びろう付け部１１ａとプレート部１１ｄとを接続するリード部１１ｅからなる第５部材を作製する。
【００６０】
またインコネル７５０（又はインコネル７１８）からなる板材をプレス等にて型抜きすることにより、圧着部１１ｂ、及び平面状の溶着部分であるプレート部１１ｆからなる第６部材を作製する。第６部材については、センサ素子用接続端子９，１０の第２、第４部材と同様、プレス形成するだけで、硬化用の熱処理は行わない。
【００６１】
そして最後に、第５部材のプレート部１１ｄと第２部材のプレート部１１ｆとの板面を合わせて積層し、この積層部分の中央を溶接用の電極部で挟持し、高電圧を印加して発生する熱により溶融して接合して溶接部１１ｃを形成する（スポット溶接の場合）。
【００６２】
以上説明してきた如く、本実施例によれば、センサ素子用接続端子９、１０は、嵌合部９ｂ、１０ａと、圧着部９ｃ、１０ｂとを、それぞれ、硬くて強い弦性（ばね力）を有した材料と、程々に硬く圧着に適した弦性を有し、かつ硬すぎて圧着後に塑性変形しない材料とによって別体で形成し、この別体のものをスポット溶接によって接合して製造する。
【００６３】
このため、使用中に酸素センサに加わる振動によってセンサ素子用接続端子９、１０の嵌合部９ｂ、１０ａがセンサ素子Ｓの電極部分５、７から外れてしまうとか、或いは、センサ素子用接続端子９、１０の圧着部９ｃ、１０ｂをリード線１３、１４に圧着した際、圧着後の接続端子の塑性変形によって、リード線１３、１４が圧着部９ｃ、１０ｂから抜けてしまう、というようなことはなく、センサ素子Ｓの電極部分５、７とリード線１３、１４とを常に確実に接続しておくことが可能になる。
【００６４】
また、ヒータ素子用接続端子１１は、ろう付け部１１ａと圧着部１１ｂとを、それぞれ、ヒータ素子と熱膨張率の合う、柔らかいろう付けに適した材料と、程々に硬く圧着に適した弦性を有し、かつ硬すぎて圧着後に塑性変形しない材料とによって別体で形成し、この別体のものをスポット溶接によって接合して製造する。
【００６５】
このため、使用中に酸素センサに加わる振動と熱膨張によってヒータ素子用接続端子１１のろう付け部１１ａがヒータ素子１７の電極部分１８から剥がれ落ちてしまうとか、或いは、ヒータ素子用接続端子１１の圧着部１１ｂがリード線１５、１６の芯線が内燃機関の排気ガス温度上昇により熱膨張した後、冷却するとリード線１５、１６の芯線だけが収縮し、圧着部１１ｂが広がったままとなり抜けてしまう、というようなことはなく、ヒータ素子１７の電極部分１８とリード線１５、１６とを常に確実に接続しておくことが可能になる。
【００６６】
また、本実施例では、嵌合部９ｂ、１０ａは、熱処理を行う際の温度や処理時間を管理することにより、自由に嵌合部９ｂ、１０ａの硬度調整を容易に行うことができる。従って、いろいろなセンサ素子の構造、形状、材質に合わせて硬度を調整し、最適な嵌合状態を得ることができる。また、使用開始から硬度を一定とするようにしたり、使用開始後内燃機関の温度の上昇下降とともに徐々に硬度が上がるようにすることもできる。
【００６７】
また、他方の圧着部９ｃ、１０ｂ、及び１１ｂは、熱処理しないそのままのインコンネル７５０（又はインコネル７１８）にて形成されている。つまり、一旦加締めて圧着された直後には、熱処理して時効硬化させない分、硬すぎて塑性変形することがない。しかしその後は、内燃機関の排気ガス温度が上昇したり、下降したりが繰り返されると自然に熱処理が加えられ時効硬化し、一層圧着力が増加する。従って、圧着部９ｃ、及び１０ｂは、リード線に対し外れにくくすることができる。
【００６８】
また、特にセンサ素子用接続端子９は、上記の如く嵌合部９ｂと一体で形成されたヒータ把持部９ａを備える。この一体の把持部９ａは、言うまでもなく嵌合部９ｂと同じ熱処理をして時効硬化させたインコネル７５０（又ｈインコネル７１８）を用いている。このため、使用開始直後からヒータ素子１７を把持する力が強く、安定している。従って、内燃機関に発生する激しい排気温度の変化や振動にもかかわらず、ヒータ把持部９ａによってヒータ素子１７をセンサ素子Ｓの中空部にしっかりと固定することができ、ヒータ素子１７がセンサ素子Ｓに当たってしまうなどということがない。
【００６９】
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様をとることができる。
例えば、上記ヒータ素子用接続端子１１のろう付け部１１ａは、ヒータ素子と嵌合する嵌合部に替えることができ、このことを第二の実施例として図４に基づいて説明する。尚、図４は、嵌合部と圧着部を有するヒータ素子用接続端子５０，５１の説明図である。
【００７０】
図４において、ヒータ素子１７の周囲に軸方向にずらして給電用電極１００、１０１が設けられている。そして、接続端子５０，５１は、一端に、この給電用電極１００，１０１と嵌合する嵌合部５０ａ，５１ａを有し、他端にリード線１５，１６と圧着する圧着部５０ｂ，５１ｂを有する。
嵌合部５０ａ，５１ａは、ヒータ素子１７の周囲の外径よりも内径が小さく、この内径の小さい嵌合部５０ａ，５１ａにヒータ素子１７を嵌入し、それぞれ、ヒータ素子の周囲に軸方向にズラした状態で外嵌される。即ち、嵌合部５０ａ，５１ａは、給電用電極１００、１０１に覆うようにして接続されることとなる。
【００７１】
他端の圧着部５０ｂ，５１ｂは、接続端子５０，５１の先端部分（嵌合部５０ａ，５１ａとは反対側の先端部分）に、リード線１５，１６の芯線を収納可能に形成され、周囲から加締めることによりリード線１５，１６に圧着される。
尚、この接続端子５０，５１の嵌合部５０ａ，５１ａおよび圧着部５０ｂ，５１ｂは、それぞれが、センサ素子用の接続端子９，１０のものと同様の材料で形成し、同様の熱処理の手順によって製造される。また同様に、嵌合部５０ａ，５１ａおよび圧着部５０ｂ，５１ｂは、それぞれを別体で形成し、この別体のものをスポット溶接によって溶接部５０ｃ，５１ｃを形成して接合し、製造する。
【００７２】
このため、このヒータ素子用接続端子５０，５１においても、上記実施例のヒータ素子用接続端子１１と同様、嵌合部５０ａ，５１ａがヒータ素子１７の電極部分１００，１０１から外れてしまうとか、或いは、圧着部５０ｂ，５１が圧着後の塑性変形によって、リード線１５，１６から抜けてしまう、といったことを防止し、ヒータ素子１７の給電用電極１００，１０１とリード線１５，１６とを確実に接続できる。
【００７３】
また、嵌合部５０ａ，５１ａは、センサ素子用接続端子９，１０と同様、熱処理を行う際の温度や処理時間を管理することにより、嵌合部５０ａ，５１ａの硬度調整を容易に行うことができる。また、圧着部５０ｂ、５１ｂも、接続端子９、１０同様、内燃機関の排気温度変化によって自然に熱処理が加えて時効硬化することから、使用に伴い一層圧着力が増加し、リード線１５、１６に対し外れにくくすることができる。
【００７４】
一方、上記実施例では、接続端子９、１０、５０、５１の嵌合部９ｂ、１０ａ、５０ａ、５１ａは、高温での熱処理後、中温で熱処理を加えて常温まで空冷することにより製造するものとして説明したが、他の製造方法としては、単に、７２０℃で９０分熱処理した後、徐冷して時効硬化させるようにしてもよい。このように時効硬化させても硬度としてはＨｖ４５０以上にすることができ、実用上問題なく使用可能である。
【００７５】
また、接続端子の９、１０、１１、５０、５１の圧着部９ｃ、１０ｂ、１１ｂ、５０ｂ、５１ｂには、熱処理をしないインコネル７５０（又はインコネル７１８）を用いるものとして説明したが、他には、黄銅にメッキをほどこしたものを用いても実用上問題なく使用可能である。
【００７６】
また、本発明の接続端子１１のろう付け部１１ａは、ＶＮｉＰを用いるものとして説明したが、電子管用ニッケル材の中には他にも好適なものが存在する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のヒータ付酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】センサ素子用接続端子の構成を表す説明図である。
【図３】ヒータ素子用接続端子の構成を表す説明図である。
【図４】ヒータ素子用接続端子の他の構成例を表す説明図である。
【符号の説明】
Ｓ…センサ素子、３…センサ素子本体、５…内側電極、７…外側電極、９，１０…センサ素子用接続端子、１１，５０，５１…ヒータ素子用接続端子、９ａ…把持部、９ｂ，１０ａ，５０ａ，５１ａ…嵌合部、９ｃ，１０ｂ，１１ｂ，５０ｂ，５１ｂ…圧着部、９ｄ，１０ｃ，１１ｃ，５０ｃ，５１ｃ…溶接部、９ｅ，９ｆ，１０ｄ，１０ｅ，１１ｄ，１１ｆ…プレート部、９ｇ，９ｈ，１０ｆ，１０ｇ，１１ｅ…リード部、１３〜１６…リード線、１７…セラミックヒータ、１８，１００，１０１…ヒータ電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen sensor used for measuring the oxygen concentration in exhaust gas in various combustion devices such as an internal combustion engine and a boiler. More specifically, the present invention relates to a connection between a sensor element or heater element constituting an oxygen sensor and a lead wire. The present invention relates to an oxygen sensor with improved terminals.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a solid electrolyte made of zirconia or the like is formed into a bottomed cylindrical shape with one end closed and the other end opened, and a sensor element manufactured by forming a porous electrode on the inner and outer surfaces is used. In addition, oxygen sensors that detect the oxygen concentration in the exhaust gas of various combustion devices are known.
[0003]
In order to take out a detection signal from the sensor element, this type of oxygen sensor is usually fitted in a hollow portion of the sensor element and connected to a porous electrode formed on the inner surface of the sensor element. There are provided two types of sensor element connection terminals, a connection terminal and a second connection terminal that is fitted around the sensor element and connected to a porous electrode formed on the outer surface of the sensor element. The detection signal from the sensor element is taken out through the lead wire by crimping the end of each connection terminal opposite to the fitting portion to the sensor element to the lead wire for detecting the detection signal. Has been.
[0004]
The sensor element connection terminals connected to the electrodes of the sensor element by fitting as described above are usually hard and have stringiness (spring force), and are further cured by heating (high temperature age hardening). Age-hardening materials such as Inconel 750 and Inconel 718 are used. Inconel is a generic name for Ni—Cr—Fe alloys, and the blending ratio of each metal component varies depending on the numerical value.
[0005]
In other words, the oxygen sensor is attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine or the like that vibrates vigorously and has a large temperature change. Therefore, the connection terminal for the sensor element does not cause poor connection with the sensor element due to vibration or temperature change. It is necessary to do so. Therefore, conventionally, a connection terminal for a sensor element is manufactured using an age-hardening material such as Inconel, which can be securely fitted to the sensor element even under such severe conditions and can maintain the fitted state. It is.
[0006]
On the other hand, since the oxygen concentration does not operate normally unless the sensor element is above a certain temperature (about 300 ° C. to 400 ° C.), an oxygen sensor equipped with a heater element is also known in order to quickly activate the sensor element during use. It has been. The oxygen sensor provided with the heater element is provided with a heater element connection terminal for connecting the electrode of the heater element and the lead wire for power supply to supply power to the heater element.
[0007]
In addition, the heater element connection terminal is usually connected to the heater element and the lead wire by brazing one end thereof to the electrode of the heater element and crimping the other end to the lead wire. . The heater element connection terminal connected to the heater element by brazing as described above is connected to the electrode part of the heater element and the thermal expansion so that the brazed part does not come off due to vibration or thermal expansion. A relatively soft material such as VNiP with approximately the same rate is used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the sensor element connection terminal in which the element and the lead wire are connected to each other by fitting and crimping as described above, the harder the fitting portion to the element, the more the connection state with the electrode of the element However, if the crimping part is too hard, the elastic deformation of the deformation at the time of crimping becomes large, the crimping part loosens, and the lead wire is easily pulled out from the crimping part. There's a problem. For this reason, the conventional sensor element connection terminals can only be cured within the range in which poor connection to the lead wire does not occur at the time of manufacture, and the fitting portions of the sensor element connection terminals are hardened to fit. It was difficult to do so. Therefore, in the conventional oxygen sensor, if there is severe vibration before the connection terminal is subjected to high temperature age hardening due to a temperature rise during use, the fitting part of the sensor element connection terminal to the sensor element is loosened, Connection failure sometimes occurred.
[0009]
In addition, in the heater element connection terminal for connecting the element and the lead wire to each other by brazing and crimping, if the brazed portion is formed of a relatively soft material suitable for brazing, the lead is temporarily used during use. When the wire is pulled, there is a problem that the lead wire may be disconnected or may come off from the crimping portion.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and in an oxygen sensor in which a sensor element or a heater element is connected to a lead wire via a connection terminal, it has an effect on vibration and temperature change during use. It is an object of the present invention to maintain the connection state between the element and the lead wire without being done.
[0011]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is characterized in that a sensor element for detecting oxygen concentration, one end is fitted to an electrode portion of the sensor element, and the other end is a lead wire for detection signal output. An oxygen sensor that includes a conductive sensor element connection terminal that connects the lead wire and the sensor element by being crimped, and is attached to an exhaust pipe of a combustion device to detect oxygen concentration in the exhaust gas. The sensor element connection terminal of the sensor element connection terminal and the lead wire side crimping part, In order for the hardness of the fitting part to be greater than the hardness of the crimping part, It is formed of conductive materials having different hardnesses.
[0012]
Thus, in the oxygen sensor according to claim 1, in order to take out a detection signal from the sensor element, the conductive sensor element connection in which the electrode portion of the sensor element and the lead wire are connected to each other by fitting and crimping. Terminals are provided. And the fitting part to the sensor element of the connection terminal for the sensor element and the crimping part to the lead wire are: In order for the hardness of the fitting part to be greater than the hardness of the crimping part, It is formed of conductive materials having different hardness.
[0013]
Therefore, according to the present invention (Claim 1), the fitting portion of the connection terminal for the sensor element to the sensor element is provided with a spring force suitable for fitting that does not come off due to vibration, and the connection for the sensor element is performed. The crimping | compression-bonding part to the lead wire of a terminal can be made into the hardness suitable for crimping | bonding to a lead wire. That is, according to the present invention, the fitting portion and the crimping portion of the sensor element connection terminal can be made to have optimum characteristics for connecting the sensor element and the lead wire, respectively.
[0014]
Therefore, according to the oxygen sensor of the present invention, the fitting portion of the sensor element connection terminal is detached from the electrode portion of the sensor element due to vibration applied to the oxygen sensor during use, or the sensor element connection terminal is crimped. When the part is crimped to the lead wire, the lead wire does not come out of the crimped part due to plastic deformation of the connection terminal after crimping. The sensor element electrode part and the lead wire are always securely connected. It becomes possible to keep. Therefore, according to the present invention, there is no possibility that the oxygen concentration cannot be detected due to poor connection between the sensor element and the lead wire, and the reliability of the oxygen sensor can be improved.
[0015]
Next, the invention according to claim 2 is that the sensor element for detecting the oxygen concentration, one end is fitted to the electrode portion of the sensor element, and the other end is crimped to the lead wire for detection signal output, A conductive sensor element connection terminal for connecting the lead wire and the sensor element, a heater element for heating and activating the sensor element, one end is fitted to an electrode portion of the heater element, and the other end Is connected to the lead wire for energizing the heater element, and is provided with a conductive heater element connection terminal for connecting the lead wire and the heater element, and is attached to the exhaust pipe of the combustion equipment, An oxygen sensor for detecting the oxygen concentration of each of the connection terminals, the fitting part on the sensor element or heater element side, and the crimping part on the lead wire side, In order for the hardness of the fitting part to be greater than the hardness of the crimping part, It is formed of conductive materials having different hardnesses.
[0016]
That is, the oxygen sensor according to claim 2 includes a heater element that overheats and activates the sensor element in addition to the configuration of the oxygen sensor according to claim 1. The heater element and the lead wire are connected using a heater element connection terminal having a fitting portion to the electrode portion of the heater element and a crimping portion to the lead wire, and this heater element connection. The terminal is similar to the connection terminal for the sensor element according to claim 1. In order for the hardness of the fitting part to be greater than the hardness of the crimping part, It is made of conductive materials with different hardness.
[0017]
For this reason, according to the oxygen sensor of the present invention (Claim 2), not only the sensor element connection terminal but also the heater element connection terminal, the fitting portion and the crimping portion are respectively connected to the element and the lead wire. It is possible to obtain the optimum characteristics for connecting to each other. Therefore, according to the present invention, not only can the oxygen concentration not be detected due to poor connection between the sensor element and the lead wire, but also the sensor element cannot be heated due to poor connection between the heater element and the lead wire. And the reliability of the oxygen sensor can be further improved.
[0018]
Here, in the oxygen sensor according to claim 1 or 2, the sensor element connection terminal for connecting the sensor element and the lead wire, or the heater element and the lead wire in the oxygen sensor according to claim 2 are connected. As the heater element connection terminal, the fitting portion may be formed of an age-hardening material that cures by heating (high temperature age hardening) as described in claim 3.
[0019]
That is, if the fitting portion is made of such an age-hardening material, the fitting portion can be age-hardened to a hardness suitable for fitting to the sensor element or the heater element by heat treatment or the like. By controlling the temperature and processing time when performing, the hardness of the fitting portion can be easily adjusted. In addition, the age-hardening material does not weaken the stringiness (spring force) even if it hardens further due to temperature changes during use, so the sensor element or heater element of each element connection terminal The fitting state of the element can be held firmly, and it is possible to prevent the connection failure of the element to the electrode at the fitting portion due to vibration or the like.
[0020]
In order to make the fitting part and the crimping part of the sensor element connection terminal and the heater element connection terminal different from each other as in the oxygen sensor according to claim 1 or 2, for example, the fitting part and the crimping part May be formed integrally with the same age-hardening material, and only the fitting portion side may be age-hardened by heat treatment, but in this case, the fitting portion and the fitting portion are not to be age-hardened. It is extremely difficult to age harden the fitting part in a state where the crimping part is thermally isolated. Even if such a manufacturing method can be realized, a dedicated manufacturing apparatus is required, leading to an increase in cost.
[0021]
Therefore, in the oxygen sensor according to claim 1 or 2, the connection terminal for the sensor element or the heater element is produced by separately manufacturing the fitting part and the crimping part, and thereafter the fitting part and the crimping part. It is good to integrate by joining a part.
And when joining and integrating the fitting part and crimping | compression-bonding part which were manufactured in this way separately, as shown in Claim 4, a fitting part and a crimping | compression-bonding part should be connected by crimping | compression-bonding. Alternatively, as described in claim 5, the fitting portion and the crimping portion may be connected by welding. Moreover, when welding a fitting part and a crimping | compression-bonding part in this way, if it carries out by laser welding or spot welding, since a general welding machine can be utilized, it is preferable.
[0022]
In addition, when connecting a fitting part and a crimping | compression-bonding part as described in claim 4, the fitting part is set to a hardness suitable for fitting and is not suitable for crimping. A crimping connection portion that covers the connection portion on the fitting portion side is formed on the crimping portion side, and the fitting portion and the crimping portion are preferably crimped and connected by crimping the connection portion from the periphery.
[0023]
Next, the invention according to claim 6 is a sensor element for detecting an oxygen concentration, one end is fitted to an electrode portion of the sensor element, and the other end is crimped to a lead wire for detecting signal output. A conductive sensor element connection terminal for connecting a lead wire and the sensor element, a heater element for heating and activating the sensor element, one end brazed to the electrode portion of the heater element, and the other end By being crimped to the lead wire for energizing the heater element, a conductive heater element connection terminal for connecting the lead wire and the heater element is provided and attached to the exhaust pipe of the combustion equipment. An oxygen sensor for detecting an oxygen concentration, wherein the sensor element-side fitting portion and the lead wire-side crimp portion of the sensor element connection terminal, In order for the hardness of the fitting part to be greater than the hardness of the crimping part, Formed with conductive materials having different hardness, the brazing part on the heater element side of the connection terminal for the heater element and the crimping part on the lead wire side, The thermal expansion coefficient of the brazed part is smaller than the thermal expansion coefficient of the crimping part, And, In order for the hardness of the brazed part to be smaller than the hardness of the crimped part, It is formed of conductive materials having different coefficients of thermal expansion and hardness.
[0024]
That is, the oxygen sensor of the present invention (Claim 6) is provided with a heater element that overheats and activates the sensor element in addition to the configuration of the oxygen sensor of Claim 1 in the same manner as the oxygen sensor of Claim 2. . Then, the heater element and the lead wire are connected by brazing and crimping at a heater element connection terminal having a brazing portion to the electrode portion of the heater element and a crimping portion to the lead wire, and , This heater element connection terminal, The thermal expansion coefficient of the brazed part is smaller than the thermal expansion coefficient of the crimping part, And, In order for the hardness of the brazed part to be smaller than the hardness of the crimped part, It is made of conductive materials having different coefficients of thermal expansion and hardness.
[0025]
Therefore, according to the oxygen sensor of the present invention (Claim 6), the thermal expansion coefficient and the hardness of the brazing portion and the crimping portion of the heater element connection terminal are suitable for connection to the heater element and the lead wire, respectively. Can have different characteristics. Therefore, in the oxygen sensor of the present invention, as in the oxygen sensor according to claim 3, not only can the oxygen concentration not be detected due to poor connection between the sensor element and the lead wire, but also the heater element and the lead wire It is possible to prevent the sensor element from being heated due to poor connection, and to further improve the reliability of the oxygen sensor.
[0026]
In other words, it is appropriate to use a material having a low coefficient of thermal expansion for brazing, but such a material is usually soft and sufficient for connecting the heater element and the lead wire via the heater element connection terminal. There is a possibility that a sufficient tensile strength cannot be obtained. Therefore, for example, by joining a material suitable for brazing and a material suitable for crimping, and setting the characteristics (thermal expansion coefficient and hardness) of the brazing part and the crimping part to appropriate ones, Improvement is possible.
[0027]
That is, as in the oxygen sensor according to claim 6, in order to make the brazed portion and the crimp portion of the heater element connection terminal have different characteristics, it is difficult to integrally form these portions with the same material. Therefore, in the oxygen sensor according to claim 6, when the heater element connection terminal is manufactured, the brazed part and the crimping part are produced separately, and then these parts are joined.
[0028]
Then, in joining and integrating the brazing part and the crimping part manufactured separately as described above, the brazing part and the crimping part are connected by crimping as described in claim 7. Alternatively, as described in claim 8, the brazed portion and the crimping portion may be connected by welding. And when welding a brazing part and a crimping | compression-bonding part, if it carries out by laser welding or spot welding, since a general welding machine can be utilized, it is preferable.
[0029]
When the brazed part and the crimping part are connected by crimping as described in claim 7, the brazing part is set to a characteristic suitable for brazing to the electrode part of the heater element, Since it is not suitable for crimping, a connecting part for crimping that covers the connecting part on the brazed part side is formed on the crimping part side, and the brazed part and the crimped part are crimped and connected by crimping from the surroundings. It is good to do.
[0030]
Further, in the oxygen sensor according to claim 6, the sensor element connection terminal is applied with the technique according to claim 3, claim 4, or claim 5, and the age-hardening material that hardens the fitting portion by heating. Or the fitting part and the crimping part may be connected by crimping, or the fitting part and the crimping part may be connected by welding.
[0031]
The invention according to claim 9 is the oxygen sensor according to claim 1, 2 or 6, wherein the sensor element is a bottomed cylindrical solid having one end closed and the other open. It is configured by forming a porous electrode on the inner and outer surfaces of the electrolyte, and the sensor element connection terminal is fitted in the hollow portion of the sensor element, and is formed on the inner surface of the sensor element. A first connection terminal that connects the lead wire, and a second connection terminal that is fitted around the sensor element and connects the porous electrode formed on the outer surface of the sensor element and the lead wire. It is characterized by becoming.
[0032]
The oxygen sensor according to claim 9 is obtained by applying the invention according to claim 1, claim 2, or claim 6 to the general oxygen sensor described in the section of the prior art, and as a sensor element. , A solid electrolyte having a bottomed cylindrical shape, and two connection terminals (first connection terminal and first connection terminal) for connecting the porous electrode and the lead wire respectively formed on the inner and outer surfaces of the sensor element A second connection terminal). Each of these connection terminals is configured as in claim 1, claim 2, or claim 6. Therefore, in the oxygen sensor of the present invention (Claim 9), the same effect as that of Claim 1, Claim 2 or Claim 6 can be obtained, and a highly reliable oxygen sensor can be obtained.
[0033]
The present invention (the oxygen sensor according to claim 1, claim 2 or claim 6) is not limited to the oxygen sensor including the sensor element formed in the bottomed cylindrical shape as described in claim 9. For example, a ceramic substrate provided with a sensor element made of a transition metal oxide such as titania, or a solid electrolyte made of zirconia or the like is formed into a flat substrate, and porous electrodes are formed on the front and back surfaces thereof. Even if it is provided with one or a plurality of sensor elements in which is formed. In other words, the present invention can be applied to any oxygen sensor having a sensor element connection terminal that electrically connects the sensor element and the lead wire by being fitted to the sensor element itself, and has the same effect as described above. Obtainable.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an oxygen sensor with a heater (hereinafter simply referred to as “oxygen sensor”) according to an embodiment to which the present invention is applied.
[0035]
In the oxygen sensor of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the sensor element S for detecting the oxygen concentration is an oxygen ion conductive solid electrolyte mainly composed of zirconia and has one end closed and the other end opened. A sensor element body 3 formed in a bottom cylinder shape is provided. An inner electrode 5 and an outer electrode 7, which are heat-resistant porous electrodes made of platinum, are formed on the inner surface side and the outer surface side of the sensor element body 3, respectively. The flange portion 3a is formed.
[0036]
The inner electrode 5 and the outer electrode 7 are connected via a pair of sensor element connection terminals (first connection terminal and second connection terminal) 9 and 10 that are fitted inside and outside the opening of the sensor element S. Are connected to lead wires 13 and 14 for taking out detection signals to the outside. The lead wires 13 and 14 are covered wires that are covered and protected with an insulating material.
[0037]
A heater element 17 for heating and activating the sensor element S is inserted into the hollow portion of the sensor element S. The heater element 17 is a so-called ceramic heater in which a heating resistor pattern is formed on a ceramic green sheet, wound in a cylindrical shape, and sintered. The connection terminal 9 is fitted in the hollow portion of the sensor element S. By being gripped by the sensor element S, the sensor element S is fixed to the hollow portion.
[0038]
Also, one end of the heater element 17 protrudes outward (upward in the figure) from the opening of the sensor element S, and the outer wall of the protruding tip portion is for supplying power to the internal heating resistor pattern. A pair of power supply electrodes 18 (FIG. 1 shows only one electrode) is formed. A pair of heater element connection terminals 11 (FIG. 1 shows only one of the connection terminals) is brazed to each of the pair of power supply electrodes 18, and the heater element connection terminals 11 are connected to the outside via the heater element connection terminals 11. Lead wires 15 and 16 for supplying power to the heater element 17 are connected. The lead wires 15 and 16 are covered wires that are covered and protected with an insulating material, like the lead wires 13 and 14 for sensor elements.
[0039]
Next, the sensor element S passes through the metal shell 29 in the heat-resistant metal metal shell 29 through the ceramic cylindrical holding members 21 and 23, the talc powder 25, the packing 27, etc. So that the axial center is aligned. A protective cap 31 having a hole 31a for introducing a gas to be measured is attached to the lower part of the metal shell 29 so as to cover the periphery of the tip of the sensor element S (the side where one end of the cylinder is closed). An inner cylinder 33 made of a refractory metal (stainless steel in the present embodiment) is caulked via an O-ring 35 so as to cover the periphery of the upper part of the sensor element S and the ceramic heater 17 on the upper part of the metal shell 29. Furthermore, an outer cylinder 39 made of a heat-resistant metal (made of stainless steel in this embodiment) is fitted on the upper portion of the inner cylinder 33.
[0040]
In addition, in a space between the upper portion of the inner cylinder 33 and the outer cylinder 39 (that is, a space above the sensor element S), a substantially cylindrical ceramic separator in which a through hole 43 through which the lead wires 13 to 16 are formed is formed. 45 and grommet rubber 47 are arranged in order from the sensor element S side, thereby preventing water or the like from entering the inside.
[0041]
The oxygen sensor of this embodiment configured in this way is attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine or the like via a metal shell 29, and the tip of the sensor element S protected by a protective cap 31 is located inside the exhaust pipe. And exposed to the exhaust gas to be measured. On the other hand, air is introduced inside the sensor element S through a gap between the twisted core wires of the lead wires 13 to 16. As a result, a voltage corresponding to the ratio between the oxygen concentration in the atmosphere and the oxygen concentration in the gas to be measured is generated between the inner electrode 5 and the outer electrode 7 of the sensor element S, and this voltage is used as a detection signal. It will be output to the outside.
[0042]
Next, the sensor element connection terminals 9 and 10 that connect the sensor element S and the lead wires 13 and 14, and the heater that connects the heater element 17 and the lead wires 15 and 16, which are main parts related to the present invention. The configuration of the element connection terminal 11 will be described.
As shown in FIG. 2A, first, the sensor element connection terminal 9 fitted in the hollow portion of the sensor element S is connected to the heater element 17 at the tip portion on the side inserted into the hollow portion of the sensor element S. It has a gripping portion 9a that has a smaller inner diameter and can hold the heater element 17 by fitting the heater element 17. Further, the grip portion 9a has an outer diameter larger than the inner diameter of the hollow portion of the sensor element S, and is fitted into the hollow portion of the sensor element S so as to be fitted into the hollow portion of the sensor element S. Is extended. On the other hand, the tip of the sensor element connection terminal 9 protruding from the hollow portion of the sensor element S (the tip on the side opposite to the gripping portion 9a) is formed so that the core wire of the lead wire 13 can be stored. A crimping portion 9c that can be crimped to the lead wire 13 by fastening is provided.
[0043]
The gripping portion 9a, the fitting portion 9b, and the crimping portion 9c are originally manufactured separately, and the sensor element connection terminal 9 is formed by using these separate components, for example, spot welding or laser. By welding by welding or the like, it is configured as a connection terminal having these parts.
[0044]
That is, the grip portion 9a is a portion that grips the heater element 17 by being externally fitted to the heater element 17, and the fitting portion 9b is internally fitted to the hollow portion of the sensor element S, thereby Since it is a portion that is fixed to the hollow portion of S and is electrically connected to the inner electrode 5 at the same time, it is desirable to form it with a material that is hard and has stringiness (spring force). On the contrary, the crimping portion 9c is a portion that is arranged around the core wire of the lead wire 13 and crimped from the outside, and is crimped to the lead wire 13, so that it is hard like the gripping portion 9a and the fitting portion 9b. If it is made of a material having a string property (spring force), the crimping portion 9c is expanded after the crimping, and the lead wire 13 is pulled out. Therefore, in this embodiment, the gripping part 9a and the fitting part 9b are formed separately from the crimping part 9c, and these parts are welded together to be integrated.
[0045]
Specifically, a plate member made of Inconel 750 (or Inconel 718) is die-cut with a press or the like, whereby a grip portion 9a, a fitting portion 9b, a plate portion 9f that is a flat welded portion, and a fitting portion From the first member consisting of a lead portion 9h that connects 9b and the plate portion 9f, the crimping portion 9c, the plate portion 9e that is a planar welded portion, and the lead portion 9g that connects the crimping portion 9c and the plate portion 9e A second member is produced. And about the 1st member, after press-forming so that the holding part 9a and fitting part 9b may become the desired diameter suitable for fitting, respectively, using a metal mold etc., this is made into heat processing. To cure (high temperature age hardening).
[0046]
In this heat treatment, for example, heating is performed at 720 ° C. for about 8 hours, followed by slightly slow cooling for 2 hours at a temperature change of 55 ° C. per hour, and further heating at 620 ° C. for about 8 hours. Air-cooled to the procedure. And the 1st member heat-processed in this procedure can achieve hardness Hv450-460 or more.
[0047]
On the other hand, the second member is simply press-formed using a die or the like so that the crimping portion 9c has a desired shape suitable for caulking of the lead wire 13, and no heat treatment for curing is performed. As a result, the hardness of the second member is Hv 200 to 400, which is a softer material than the first member.
[0048]
Finally, the plate surfaces of the first member plate portion 9f and the second member plate portion 9e are laminated together, the center of the laminated portion is sandwiched between electrode portions for welding, and a high voltage is applied. The weld 9d is formed by melting and joining with the generated heat (in the case of spot welding).
[0049]
The plate portion 9f of the first member and the plate portion 9e of the second member have the same width in the horizontal direction (relative to FIG. 2 (a)) so that spot welding can be easily performed. 9h and the lead portion 9g are formed wider than the lateral width.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the sensor element connection terminal 10 has an inner diameter smaller than the outer diameter around the sensor element S at one end, and the sensor element S is inserted into the periphery of the sensor element. And a crimping part 10b that can be crimped to the lead wire 14 by caulking from the periphery.
[0051]
And the fitting part 10a and the crimping | compression-bonding part 10b are originally produced separately, and the connection terminal 10 for sensor elements is what produced these separately, for example, welding, such as spot welding and laser welding. As a result, the connecting terminal having these parts is formed.
[0052]
That is, since the fitting portion 10a is a portion that is electrically connected to the outer electrode 7 by being externally fitted around the sensor element S, the fitting portion 10a is formed of a material that is hard and has stringiness (spring force). It is desirable. The crimping part 10b is desirably formed of a material suitable for a crimping part having a stringiness (spring force) with a hardness that does not cause plastic deformation, similar to the crimping part 9c of the connection terminal 9 for the sensor element. Therefore, in the present embodiment, the fitting portion 10a and the crimping portion 10b are formed separately and are integrated by welding these portions.
[0053]
Specifically, the plate member made of Inconel 750 (or Inconel 718) is die-cut with a press or the like, so that the fitting portion 10a, the plate portion 10e which is a flat welded portion, and the fitting portion 10a and the plate portion. A fourth member composed of a third member composed of a lead portion 10f for connecting 10e, a crimping portion 10b, a plate portion 10d which is a planar welded portion, and a lead portion 10g which couples the crimping portion 10b and the plate portion 10d. And make.
[0054]
The third member is press-formed using a mold or the like so that the fitting portion 10a has a desired diameter suitable for fitting, and then the same heat treatment as that of the first member of the sensor element connection terminal 9 is performed. Manufactured by doing. Moreover, about the 4th member, just like the 2nd member of the connection terminal 9 for sensor elements, it only press-forms and does not perform the heat processing for hardening. The method for joining the third member and the fourth member is the same as the method for joining the first member and the second member of the sensor element connection terminal 9 described above.
[0055]
Incidentally, the plate portion 10e of the third member and the plate portion 10d of the fourth member are arranged in the respective lateral directions (relative to FIG. 2 (a)) in the same manner as the sensor element connection terminals 9 so as to facilitate spot welding. The widths are the same, and the lead portions 10f and 10g are formed wider than the lateral width.
[0056]
Next, as shown in FIG. 3, the pair of heater element connection terminals 11 that connect the heater element 17 and the lead wires 15, 16 are rod-shaped at one end and brazed to the power supply electrode 18 of the heater element 17. The lead wires 15 and 16 are formed at the other end (tip portion opposite to the brazing portion 11a) so that the core wires of the lead wires 15 and 16 can be stored. 16 has a crimping portion 11b that can be crimped.
[0057]
And the brazing part 11a and the crimping | compression-bonding part 11b were originally produced by the different body, and the heater element connection terminals 11 were produced by welding such as, for example, spot welding and laser welding. As a result, the connecting terminal having these parts is formed.
[0058]
That is, since the brazing part 11a is brazed to the power supply electrode 18 of the heater element 17, the brazing part 11a should be formed of a soft material having a low thermal expansion coefficient that matches the thermal expansion coefficient of the ceramic forming the heater element 17. Is desirable. On the contrary, the crimping part 11b is a part that is arranged around the core wires of the lead wires 15 and 16 and crimped from the outside to be crimped to the lead wires 15 and 16, and therefore has the same thermal expansion coefficient as that of the brazing part. When the lead wires 15 and 16 are formed of a small soft material, the core wires of the lead wires 15 and 16 are thermally expanded due to an increase in the exhaust gas temperature of the internal combustion engine, and then cooled, only the core wires of the lead wires contract and the crimping portion 11b remains expanded. Therefore, the lead wires 15 and 16 are disconnected. Therefore, in this embodiment, the brazing part 11a and the crimping part 11b are formed separately, and these parts are welded together to be integrated.
[0059]
Specifically, a plate material made of VNiP is die-cut with a press or the like and is pressed into a desired shape, whereby a brazed portion 11a, a plate portion 11d which is a planar welded portion, and a brazed portion 11a A fifth member including the lead portion 11e that connects the plate portion 11d is produced.
[0060]
Further, a plate member made of Inconel 750 (or Inconel 718) is die-cut with a press or the like to produce a sixth member made up of the crimped portion 11b and the plate portion 11f that is a flat welded portion. As with the second and fourth members of the sensor element connection terminals 9 and 10, the sixth member is merely press-formed and is not subjected to curing heat treatment.
[0061]
Finally, the plate surfaces of the plate part 11d of the fifth member and the plate part 11f of the second member are laminated together, and the center of the laminated part is sandwiched between the electrode parts for welding, and a high voltage is applied. The weld 11c is formed by melting and joining with the generated heat (in the case of spot welding).
[0062]
As described above, according to the present embodiment, the sensor element connection terminals 9 and 10 have the fitting portions 9b and 10a and the crimping portions 9c and 10b, respectively, which are hard and have strong stringiness (spring force). And a material that has moderately hard and suitable stringing properties, and that is too hard to be plastically deformed after pressure bonding. To do.
[0063]
For this reason, the fitting portions 9b and 10a of the sensor element connection terminals 9 and 10 may be detached from the electrode portions 5 and 7 of the sensor element S due to vibration applied to the oxygen sensor during use, or the sensor element connection terminals. When the crimping portions 9c and 10b of 9 and 10 are crimped to the lead wires 13 and 14, the lead wires 13 and 14 come out of the crimping portions 9c and 10b due to plastic deformation of the connection terminals after crimping. Rather, the electrode portions 5 and 7 of the sensor element S and the lead wires 13 and 14 can always be reliably connected.
[0064]
In addition, the heater element connection terminal 11 includes a brazing portion 11a and a crimping portion 11b, each of which is suitable for soft brazing and has a coefficient of thermal expansion that matches that of the heater element. And a material that is too hard to be plastically deformed after pressure bonding, and is manufactured by joining the separate material by spot welding.
[0065]
For this reason, the brazing portion 11a of the heater element connection terminal 11 may be peeled off from the electrode portion 18 of the heater element 17 due to vibration and thermal expansion applied to the oxygen sensor during use, or the heater element connection terminal 11 When the crimping portion 11b is cooled after the core wires of the lead wires 15 and 16 are thermally expanded due to the exhaust gas temperature rise of the internal combustion engine, only the core wires of the lead wires 15 and 16 are contracted, and the crimping portion 11b remains expanded and comes off. The electrode portion 18 of the heater element 17 and the lead wires 15 and 16 can always be reliably connected.
[0066]
Further, in the present embodiment, the fitting portions 9b and 10a can easily adjust the hardness of the fitting portions 9b and 10a easily by managing the temperature and processing time at the time of heat treatment. Accordingly, the hardness can be adjusted according to the structure, shape, and material of various sensor elements, and an optimal fitting state can be obtained. Further, the hardness can be made constant from the start of use, or the hardness can be gradually increased as the temperature of the internal combustion engine rises and falls after the start of use.
[0067]
The other crimping portions 9c, 10b, and 11b are formed of inconnel 750 (or inconel 718) as it is without heat treatment. In other words, immediately after crimping and crimping, it is too hard to be plastically deformed because it is not heat-treated and age hardened. However, after that, when the exhaust gas temperature of the internal combustion engine rises or falls repeatedly, heat treatment is naturally applied to age harden, and the pressure-bonding force further increases. Therefore, the crimping portions 9c and 10b can be made difficult to come off from the lead wires.
[0068]
In particular, the sensor element connection terminal 9 includes the heater gripping portion 9a formed integrally with the fitting portion 9b as described above. Needless to say, this integral gripping portion 9a uses Inconel 750 (or h-Inconel 718) that has been age-hardened by the same heat treatment as the fitting portion 9b. For this reason, the force which holds the heater element 17 immediately after the start of use is strong and stable. Therefore, the heater element 17 can be firmly fixed to the hollow portion of the sensor element S by the heater gripping portion 9a despite the intense exhaust temperature change and vibration generated in the internal combustion engine. There is no such thing as hitting.
[0069]
As mentioned above, although one Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, It can take a various aspect.
For example, the brazing portion 11a of the heater element connection terminal 11 can be replaced with a fitting portion that fits the heater element, and this will be described as a second embodiment with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of heater element connection terminals 50 and 51 each having a fitting portion and a crimping portion.
[0070]
In FIG. 4, feeding electrodes 100 and 101 are provided around the heater element 17 so as to be shifted in the axial direction. The connection terminals 50 and 51 have fitting portions 50a and 51a fitted to the power feeding electrodes 100 and 101 at one end, and crimping portions 50b and 51b crimped to the lead wires 15 and 16 at the other end. Have.
The fitting portions 50a and 51a have an inner diameter smaller than the outer diameter around the heater element 17, and the heater element 17 is fitted into the fitting portions 50a and 51a having the smaller inner diameter, respectively, in the axial direction around the heater element. It is externally fitted in a displaced state. That is, the fitting portions 50 a and 51 a are connected so as to cover the power supply electrodes 100 and 101.
[0071]
The crimping portions 50b and 51b at the other end are formed at the tip portions of the connection terminals 50 and 51 (tip portions on the side opposite to the fitting portions 50a and 51a) so that the core wires of the lead wires 15 and 16 can be stored. Is crimped to the lead wires 15 and 16 by crimping.
The fitting portions 50a and 51a and the crimping portions 50b and 51b of the connection terminals 50 and 51 are respectively formed of the same material as that of the connection terminals 9 and 10 for the sensor element, and the same heat treatment procedure is performed. Manufactured by. Similarly, the fitting parts 50a and 51a and the crimping parts 50b and 51b are formed separately, and these separate parts are joined by forming the welded parts 50c and 51c by spot welding.
[0072]
For this reason, also in the heater element connection terminals 50 and 51, the fitting parts 50a and 51a are disengaged from the electrode parts 100 and 101 of the heater element 17 in the same manner as the heater element connection terminal 11 of the above embodiment. Alternatively, it is possible to prevent the crimping portions 50b and 51 from coming off the lead wires 15 and 16 due to plastic deformation after the crimping, and to securely connect the power feeding electrodes 100 and 101 and the lead wires 15 and 16 of the heater element 17. Can be connected.
[0073]
Further, like the sensor element connection terminals 9 and 10, the fitting portions 50a and 51a can easily adjust the hardness of the fitting portions 50a and 51a by managing the temperature and processing time when heat treatment is performed. Can do. Also, the crimping portions 50b and 51b, like the connection terminals 9 and 10, are naturally heat-treated and age hardened due to changes in the exhaust gas temperature of the internal combustion engine. It can be made difficult to come off.
[0074]
On the other hand, in the above embodiment, the fitting portions 9b, 10a, 50a, 51a of the connection terminals 9, 10, 50, 51 are manufactured by performing heat treatment at medium temperature and then air cooling to room temperature after heat treatment at high temperature. However, as another manufacturing method, after heat-treating at 720 ° C. for 90 minutes, it may be gradually cooled and age-hardened. Thus, even when age-hardened, the hardness can be Hv450 or more, and can be used without any problem in practice.
[0075]
Moreover, although it demonstrated as what uses Inconel 750 (or Inconel 718) which does not heat-process in the crimping | compression-bonding part 9c, 10b, 11b, 50b, 51b of 9, 10, 11, 50, 51 of a connection terminal, Even if brass is plated, it can be used practically without problems.
[0076]
Moreover, although the brazing part 11a of the connecting terminal 11 of the present invention has been described as using VNiP, there are other suitable nickel materials for electron tubes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an oxygen sensor with a heater according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a sensor element connection terminal.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a heater element connection terminal;
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating another configuration example of the heater element connection terminal.
[Explanation of symbols]
S ... sensor element, 3 ... sensor element body, 5 ... inner electrode, 7 ... outer electrode, 9, 10 ... sensor element connection terminal, 11, 50, 51 ... heater element connection terminal, 9a ... gripping part, 9b, 10a, 50a, 51a ... fitting part, 9c, 10b, 11b, 50b, 51b ... crimping part, 9d, 10c, 11c, 50c, 51c ... welding part, 9e, 9f, 10d, 10e, 11d, 11f ... plate part , 9g, 9h, 10f, 10g, 11e... Lead portion, 13 to 16... Lead wire, 17... Ceramic heater, 18, 100, 101.

Claims

A sensor element for detecting oxygen concentration and one end of the sensor element are fitted to the electrode part of the sensor element, and the other end is crimped to a lead wire for detecting signal output, thereby connecting the lead wire and the sensor element. An oxygen sensor that is attached to an exhaust pipe of a combustion device and detects an oxygen concentration in exhaust gas,
The fitting portion on the sensor element side of the connection terminal and the crimp portion on the lead wire side are formed of conductive materials having different hardness so that the hardness of the fitting portion is greater than the hardness of the crimp portion. An oxygen sensor characterized by comprising:

A sensor element for detecting oxygen concentration;
One end is fitted to the electrode portion of the sensor element, and the other end is crimped to a detection signal output lead wire, thereby connecting a conductive sensor element connection terminal for connecting the lead wire and the sensor element. ,
A heater element for heating and activating the sensor element;
One end is fitted to the electrode portion of the heater element, and the other end is crimped to the lead wire for energizing the heater element, thereby connecting a conductive heater element connection terminal for connecting the lead wire and the heater element. ,
An oxygen sensor that is attached to an exhaust pipe of a combustion device and detects the oxygen concentration in the exhaust,
The connecting portions of the connection elements on the sensor element or heater element side and the crimping portion on the lead wire side are electrically conductive different in hardness so that the hardness of the fitting portion is greater than the hardness of the crimping portion. An oxygen sensor formed of a material.

The oxygen sensor according to claim 1, wherein the fitting portion of the connection terminal is made of an age hardening material that is cured by heating.

The oxygen sensor according to claim 1 or 2, wherein the fitting portion and the crimping portion of the connection terminal are connected by crimping.

The oxygen sensor according to claim 1 or 2, wherein the fitting portion and the crimping portion of the connection terminal are connected by welding.

A sensor element for detecting oxygen concentration;
One end is fitted to the electrode portion of the sensor element, and the other end is crimped to a detection signal output lead wire, thereby connecting a conductive sensor element connection terminal for connecting the lead wire and the sensor element. ,
A heater element for heating and activating the sensor element;
One end is brazed to the electrode portion of the heater element, and the other end is crimped to a lead wire for energizing the heater element, thereby connecting a conductive heater element connection terminal for connecting the lead wire and the heater element. ,
An oxygen sensor that is attached to an exhaust pipe of a combustion device and detects the oxygen concentration in the exhaust,
The sensor element-side fitting portion of the sensor element connection terminal and the lead wire-side crimping portion are made of conductive materials having different hardnesses so that the hardness of the fitting portion is larger than the hardness of the crimping portion. Formed,
The brazing part on the heater element side of the connecting terminal for heater element and the crimp part on the lead wire side are such that the thermal expansion coefficient of the brazing part is smaller than the thermal expansion coefficient of the crimp part, and the brazing part An oxygen sensor comprising a conductive material having a different coefficient of thermal expansion and hardness so that the hardness of the attaching portion is smaller than the hardness of the crimping portion .

The oxygen sensor according to claim 6, wherein the brazing portion and the crimping portion of the heater element connection terminal are connected by crimping.

The oxygen sensor according to claim 6, wherein the brazing portion and the crimping portion of the heater element connection terminal are connected by welding.

The sensor element is configured by forming a porous electrode on the inner and outer surfaces of a bottomed cylindrical solid electrolyte with one end closed and the other end opened.
The sensor element connection terminal is fitted in a hollow portion of the sensor element, and a first connection terminal that connects a porous electrode and a lead wire formed on the inner surface of the sensor element;
A second connection terminal that is fitted around the sensor element and connects the porous electrode formed on the outer surface of the sensor element and the lead wire;
The oxygen sensor according to claim 1, 2, or 6.