JP4241432B2

JP4241432B2 - センサ

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Publication number: JP4241432B2
Application number: JP2004052317A
Authority: JP
Inventors: 昌明村瀬; 義昭黒木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005241468A

Description

本発明は、排気ガスなどの被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための酸素センサやＮＯｘセンサ、ＨＣセンサといったガスセンサ、或いは被測定ガスの温度を検出するための温度センサなどのように、測定対象検出用の検出素子を備えてなるセンサに関する。

従来より、ガスセンサのガス検出素子、或いは温度センサの感温素子のように、軸線方向に延びる、板状或いは棒状をなす検出素子（以下、単に素子ともいう）を用いた各種のセンサがある。このようなセンサ（例えば酸素センサ）は、例えばエンジンの排気ガス管に取付けられるネジ部を備えて筒状に形成された主体金具（金具本体）の内部に、検出素子を、その先端側に形成された検出部を主体金具の先端から突出させる一方、後端寄り部位を同主体金具の後端側から突出させるようにして固定された構成をしている。このようなセンサには、素子の後端寄り部位の対向する両側面に、検出出力の取り出し用の電極や、素子内に形成されたヒーターへの通電用などの電極を含めた複数の電極が形成されているものがある。そして、この各電極とセンサの外部に引き出されるリード線との接続を、各リード線の先端にバネ性のある端子金具を取り付け、その端子金具によって、素子の後端寄り部位の対向する両側面（電極部位）を挟み付けることで行うようにした端子接続構造のものがある（特許文献１，２）。

このような端子接続構造においては、絶縁材からなるスリーブ（又は絶縁碍子）内に端子金具を対向状にして配置させ、その端子金具間に、素子の後端寄り部位を相対的に挿入（圧入）することで、各端子金具のバネ性を利用して素子の各電極部位を挟み付けて電気的接続をする構成とされている。このため、このような端子接続構造では、その接続前は対向する端子金具相互間の寸法（空間部幅）は、素子の電極部位の厚みより小さくなるようにしてスリーブ内に配置されている。そして、素子の後端寄り部位をその相互間に挿入して押し広げることで、端子金具に適度のバネ性を発生させて、素子の電極を挟み付け、或いは素子の電極に端子金具を押し付けさせることで、素子の電極と端子金具間の電気的導通を確保するように構成されている。
特開２００２−２９６２２３号公報３頁−６頁、図１〜図４特開２００１−１８８０６０

ところが、このような端子接続構造（以下、単に接続構造ともいう）では、その接続において、素子に形成された電極が、端子金具に対する挿入において損傷を受ける危険性がある、という問題があった。理由は次のようである。上記の接続構造では、一対の端子金具のうち、素子との接触部をなす端子金具相互間の寸法（空間部幅）を自由状態（接続前）においては素子の両面の厚み（電極間の寸法）より小さくしておく必要がある。すなわち、バネ性による圧入代を付与しておき、その狭い一対の端子金具の相互間に素子を挿入させる必要があるためである。このため、その挿入過程においては、端子金具のバネ性に抗して、素子に面圧（負荷）をかけ続けた状態で、しかも両者が擦りあう状態での挿入（圧入）となる。

一方で、このような素子はその基体がセラミックからなるものが多く、その場合には、電極はメタライズベースト等が印刷されて同時焼成されて形成されたものとなるため、摩擦に弱く、端子金具相互間への素子の挿入において損傷を受けやすい。そして、このような損傷の発生は、電気的接続の信頼性を低下させるなどの問題を内包している。しかも、上記した端子接続構造では、電気的接続の信頼性を高める必要性から、素子の電極と端子金具との接触圧を高く確保する必要があるが、このようにするほど、圧入代を大きくすることになり、上記した問題が発生する危険性が高くなる。そればかりか、素子の折損等の不具合を招くおそれがある。

本発明は、素子を挿入することで、その電極に端子金具をバネ性にて押し付けることで接続してなる端子接続構造を有するセンサにおいて、その接続上において問題とされている素子における電極の損傷を発生させないようにすることにある。

請求項１に記載の本発明は、測定対象に向けられる先端側に検出部を備えかつ後端寄り部位の表面に複数の電極を備えてなる長寸の板状又は棒状の検出素子と、
この検出素子の電極とリード線とを接続する端子金具とを備えるとともに、
この端子金具における前記電極への接続部である電極接続部に対面する空間領域に、前記検出素子の後端寄り部位を挿入した状態において、前記電極接続部を含む部位自身のバネ性によって該電極接続部が前記検出素子の電極に押し付けられて接続される端子接続構造を有するセンサであって、
前記端子金具は、前記検出素子の後端寄り部位が前記空間領域に挿入される初期段階には前記電極接続部が前記電極に接触しないか、接触しても前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて前記電極接続部が前記電極に押付けられるのに比して弱い接触状態での接触とされるようにして設けられている一方、
前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、該端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けるための圧縮手段が前記検出素子の周囲に設けられており、
該検出素子の後端寄り部位を前記空間領域に挿入し終えた際に、前記圧縮手段が前記端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けて接続する端子接続構造としたことを特徴とするセンサである。

請求項２に記載の本発明は、測定対象に向けられる先端側に検出部を備えかつ後端寄り部位の両側の表面にそれぞれ電極を備えてなる長寸の板状又は棒状の検出素子と、
この検出素子の前記複数の電極とリード線とを接続する複数の端子金具とを備えるとともに、
これら端子金具における前記電極への接続部である電極接続部相互間に生じる空間領域に、前記検出素子の後端寄り部位を挿入した状態において、前記電極接続部を含む部位自身のバネ性によって該電極接続部が前記検出素子の電極に押し付けられて接続される端子接続構造を有するセンサであって、
前記端子金具は、前記検出素子の後端寄り部位が前記空間領域に挿入される初期段階には前記電極接続部が前記電極に接触しないか、接触しても前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて前記電極接続部が前記電極に押付けられるのに比して弱い接触状態での接触とされるようにして設けられている一方、
前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、該端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けるための圧縮手段が前記検出素子の周囲に設けられており、
該検出素子の後端寄り部位を前記空間領域に挿入し終えた際に、前記圧縮手段が前記端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けて接続する端子接続構造としたことを特徴とするセンサである。

請求項３に記載の本発明は、前記端子金具の電極接続部が、前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、少なくともその電極接続部の一部が絶縁材からなる絶縁カバー内に存在するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサである。

請求項４に記載の本発明は、前記端子金具が、その先端側において前記検出素子と反対側に折り曲げられてなる折り返し部を備えており、該端子金具の電極接続部が、前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、該折り返し部が絶縁材からなる絶縁カバー内に存在するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサである。

請求項５に記載の本発明は、前記圧縮手段に、前記端子金具の電極接続部が前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、前記電極接続部の先端側を規制する規制部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサである。

請求項６に記載の本発明は、前記端子金具は、前記検出素子の電極側に凸をなして湾曲する湾曲部を有し、該湾曲部が前記電極接続部をなしている請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサである。

本発明にかかるセンサにおいては、検出素子の挿入の初期段階では、端子金具における電極接続部が素子の電極に摩擦を与えないか、与えたとしても弱く、その挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、端子金具の電極接続部が素子の電極に押し付けられてなる端子接続構造を有している。このため、その挿入の開始から終了にわたって素子の電極が端子金具に擦られて接続された端子接続構造とならない分、電極の損傷を招きにくい。また、このような端子接続構造では、端子金具による素子の電極の擦られが少ない分、素子に対する負荷が小さく、素子の折損を有効に防止できる。

さらには、上記した従来の端子接続構造では、素子の挿入におけるその開始段階の押込み力の低減ないし挿入の円滑化のため、素子の後端面と、その電極の形成面である側面とのなす角に面取り（或いは丸み）を付与しておく必要があるが、本発明ではこのような面取りを備えていてもよいが、不要とすることができる。すなわち、このような面取りがなくとも、その挿入開始が円滑にできるため、この面取り工程を省略できる分、素子の製造コストの低減が図られるという効果もある。

以下、本発明のセンサを実施するための最良の形態について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。ただし、本形態では、酸素センサにおいて具体化した場合について説明する。

図中、１は酸素センサであり、金具本体１１（以下、単に本体１１ともいう）の内側に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に検出部（図示せず）を備えた長寸の板状又は棒状のセラミックを主体として形成された検出素子２１が気密を保持して固定されている。金具本体１１は、その内周面が下から順次大径となるように同心で段付円筒状に形成されており、外周面の下端寄り部位にはエンジンの排気管への固定用のネジ１２が形成されている。このような本体１１の内側には、アルミナから形成されたスリーブ３１がその下端部を本体１１内の下方の段部１３にて支持されるように収容されている。このスリーブ３１は、その外周面が本体１１の内周面に対応するように径違いに形成されていると共に、その下寄り部位の軸線Ｇを含む部位には、横断面が素子２１の横断面に対応する矩形の素子挿通用孔３２が形成されている。

このような素子挿通用孔３２の上には同孔に続いて拡径されて大径をなす、横断面が円形に形成されたシール用孔３３が同軸状に形成されている。素子２１はこのスリーブ３１の内側の前記各孔を挿通され、先端側をスリーブ３１の先端面より突出させ、シール用孔３３内にシール材（本例では結晶化ガラス）４０を充填して気密を保持して固定されている。また、シール用孔３３の上方には、本発明における端子金具５１の圧縮手段をなす筒状の圧縮部材４１が配置されている。ただし、この圧縮部材４１はその上端外周に円環状のフランジ４２を突出状に備えており、その下面をスリーブ３１の上端面に当接するまで、筒状部４３をスリーブ３１のシール用空孔３３内に挿入しており、この筒状部４３の内側、外側それぞれに溶融、凝固されたシール材４０が存在している。なお、この圧縮部材４１の内側の空孔４４も、横断面が素子２１の横断面に対応する矩形孔とされ、センサ１の軸線Ｇに沿って形成されている。このようにしてスリーブ３１内に固定された素子２１は、その後端寄り部位（図示上端寄り部位）２３が、所定量、圧縮部材４１のフランジ４２の上面４５より突出されている。

このようにスリーブ３１内にシール材４０および圧縮部材４１を介して固定された素子２１は、その状態において本体１１の内側にセットされ、次のようにして本体１１内に固定されている。すなわち、本体１１の後端寄り部位（図示上端寄り部位）の円筒部１５に続いて形成された薄肉部からなるカシメ用円筒部１６を内側に折り曲げるようにして先端側にカシメ、そして先端側に圧縮することで、本体１１内に固定されている。ただし、本例では、本体１１の内側であって、スリーブ３１の外周面に設けられた固定用フランジ３５の上に、２つのパッキン９と、これらに挟まれた滑石からなる第２シール部材１０を介在させて、その固定が行われている。なお、この状態において素子２１の先端（検出部）は金具本体１１の先端から突出されており、本形態では、その周囲を包囲するように、複数の穴付の二重構造からなるプロテクタ（保護カバー）１８が本体１１の先端に固定されている。なお、本体１１の軸線Ｇ方向の中間部において、外周に突出状に形成された大径部１９は、本体１１のねじ１２を図示しない排気管へねじ込む際のねじ込み用の多角形部であり、この多角形部の下面にはシール用ワッシャ２０が取着されている。

このように本体１１内に固定された素子２１のうち、圧縮部材４１から突出している後端寄り部位２３には、本形態ではその各側面に各々２つの電極２５が並んで形成されている。なお、これらの電極２５は、検出部からの検出出力取り出し用のものと、素子２１に形成された図示しないヒーターへの電圧印加用のものである。この電極２５は、メタライズによるもので素子２１と同時に焼成により形成されたものである。

一方、センサ１の図示上端である後端から外部にはリード線６１が４本引き出されており、センサ１内に位置するその各先端の芯線にはカシメによって、本発明の要旨をなすところの端子金具５１がそれぞれ取り付けられている。この端子金具５１は、４つとも同一のものであり、２つづつで対となって自身のバネ性によって素子２１の後端寄り部位２３を挟み付ける形で配置されており、素子２１の各電極２５に、それぞれ電気的に接続されている。この各端子金具５１は、バネ性のある金属（例えば、ステンレス鋼）の板を所定形状に打ち抜き、その後プレス成形され形成されており、リード線６１の先端（芯線部）を掴むようにカシメられているリード線接続部５２以下、次のように形成されている。すなわち、リード線接続部５２の先端にはそこから下向きに略真直ぐに延びる中間部５３を備えており、この中間部５３の先端においては素子２１と反対側に軸線Ｇと略垂直となるように折り曲げられた折り曲げ部５４を備えている。そして、この折り曲げ部５４の外側先端において、素子２１及び電極側に向けて凸となして円弧状に湾曲する湾曲部を備えており、この湾曲部をバネ性のある電極接続部５５としている。さらにその電極接続部５５の先端（図示下端）５６において素子２１と反対側に折り曲げられ、後端側に折返し状に曲げられてなる折返し部５７を一体に備えている。

このような端子金具５１は、図１、２及び図５に示したように、センサ１として組み立てられた状態においては、対向する左右のもので対をなすようにして、各電極接続部５５の中間寄り部位が、素子２１の後端寄り部位２３をバネ性によって挟み付けるており、各電極２５に押し付けられている。こうして、各電極２５にそれぞれ電気的に接続されている。ただし、センサ１として組立られる前には、その対をなす左右の各端子金具５１の電極接続部５５相互間には、素子２１の後端寄り部位２３を挟み付けることのない空間領域Ｋが形成されるように設定されている（図７参照）。詳しくは後述する。

また、本形態では、端子金具５１は、アルミナからなり円筒状に形成された絶縁カバー７１内に、しかも各端子金具５１相互の絶縁が保持されるように配置されている。すなわち、この絶縁カバー７１は、軸線Ｇ方向の中間よりも図示上方が、図３（図２のＢ−Ｂ断面に相当）に示したように横断面視において十字状の仕切り壁７２ａを備えており、その各壁と外側の円筒壁７２ｂとで形成された４つの挿通孔７３内に、それぞれのリード線接続部５２及び中間部５３の図示上方寄り部位を配置させている。そして、図４（図２のＣ−Ｃ断面に相当）に示したように、絶縁カバー７１の軸線Ｇ方向の中間部は横断面視において（軸線方向から見て）前記挿通孔７３に内接するように形成された４つの円形挿通孔７４が連通状に設けられ、そのそれぞれに端子金具５１の中間部５３が通されている。

また、円形挿通孔７４の下方は、素子２１の後端寄り部位２３を受け入れるとともに、端子金具５１の電極接続部５５を配置する部位をなし、円筒壁に包囲された柱状の空間をなしている。ただし、その柱状の空間を包囲する絶縁カバー７１の内周面は、軸線方向から見て、円形挿通孔７４より外側に存在するように形成されている。そして、軸線方向から見て、端子金具５１の折り返し部５７に対応する部位には、凹溝７５が軸線Ｇに沿って形成され、その溝底に折り返し部５７を押付けるようにされている。また、この凹溝７５の図１，２における上端に対応する、円形挿通孔７４の下端周縁には段部７６が形成され、この段部７６に折り曲げ部５４の外側端部の角を上向きに係止させている。なお、隣接する凹溝７５相互間には隣接する端子金具５１相互間の絶縁確保のための絶縁用仕切り壁７７が軸線Ｇに沿って凸状に形成されている。また、図５に示したように、本形態では、軸線Ｇ方向から見て、このような凹溝７５及び仕切り壁７７が、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ設けられており、いずれの向きの凹溝７５でも端子金具５１を受け入れ可能とされている。こうして、このような絶縁カバー７１の内側のうち、軸線Ｇ方向の中間より図示下方に位置する柱状の空間は、素子２１の後端寄り部位２３を受け入れるとともに、電極接続部５５を配置する部位とされている。また、端子金具５１を受け入れてない凹溝７５相互間に設けられた絶縁用仕切り壁７７の突出端が素子２１の幅方向（図５における上下方向）のガイドをなすようにされている。

このように本形態のセンサ１では、図１及び２に示したように、センサ１として組み立てられた状態において、各端子金具５１の略全体を絶縁カバー７１内に配置させ、図示左右の各端子金具５１の各電極接続部５５の中間寄り部位が、素子２１の各電極２５に押し付けられて電気的に接続されている。ただし、組立前には、各端子金具５１は図２中に２点鎖線で示したように、その先端５６が絶縁カバー７１の先端面７８より突出している（図６〜８参照）。そして、左右の各電極接続部５５が対面する空間領域Ｋ、すなわち、電極接続部相互間の空間領域Ｋの寸法（空間幅）がＷ１と広がっていたところ、組み立てた状態において、圧縮部材４１のフランジ４２の上面４５が、絶縁カバー７１の先端面（図示下端面）７８に当たるまで、各端子金具５１の先端５６を押し上げている。そして、電極接続部５５をそれぞれ素子２１の電極２５側に弾性変形させて電極２５に押し付けている。本形態ではこのような押付けによる端子金具５１と電極２５との電気的導通が確実に得られるように、電極接続部５５の先端５６に連なる折返し部５７は、この弾性変形時に絶縁カバー７１の内周面の凹溝７５にて拘束され、外側（電極２５と反対側）に逃げないようにされている。

なお、金具本体１１の上方には絶縁カバー７１を覆うように、上方に三段で同軸状に縮径された円筒状の外筒８１が、図１において下方である大径筒部８２の先端を、金具本体１１の大径部１９の上の円筒部１５に外嵌して全周レーザ溶接により固定されている。また、外筒８１の上端部の小径筒部８３の内側には、外部に引き出されるリード線６１を包囲するようにゴム製の弾性部材８５が設けられている。さらに、この小径筒部８３と中間の中径筒部８６との間には環状段部８７が形成されており、この環状段部８７が絶縁カバー７１の上端面を押え付けて、絶縁カバー７１を外筒８１内に位置決め、固定している。

なお、このようなセンサ１の組立については、上記においても略述したが、本発明のセンサの作用ないし効果は、この組立工程において発現されるため、次にその組立（工程）と共に作用効果について、図６〜図８に基づいてさらに詳述する。上述したように、スリーブ３１内にシール材４０および圧縮部材４１を介して固定した素子２１を、その状態において、本体１１の内側に配置する。ついで、スリーブ３１の固定用フランジ３５上に２つのパッキン９と第２シール部材１０となる滑石リングをそれぞれ配置する。そして、本体１１の後端寄り部位の円筒部１５に続いて形成された薄肉部からなるカシメ用円筒部１６を内側に折り曲げるようにして先端側にカシメて圧縮し、スリーブ３１等を本体１１内に固定する。そして、プロテクタ１８を固定して、図６の左図における下方の素子側組立体Ｓを作る。

一方、この素子側組立体Ｓ以外である、図６の左図における上方の端子金具側組立体Ｔを次のようにして作る。まず、リード線６１の先端に端子金具５１のリード線接続部５２を接続する。そして、その電極接続部５５が上述したように絶縁カバー７１内に存在するように、リード線６１を絶縁カバー７１内に通し、端子金具５１の折り曲げ部５４の外側端部の角が、絶縁カバー７１内の段部７６に係止するようにする。さらに、外筒８１の小径筒部８３と中径筒部８６との間の環状段部８７が、絶縁カバー７１の上端面（後端面）に当接するようにセットする。このようにして組み立てられた端子金具側組立体Ｔにおいては、端子金具５１は電極接続部５５も含めて自由状態にある。

そして、この自由状態においては、素子２１の後端寄り部位２３を挟み付けあう位置関係の電極接続部５５相互間の空間領域Ｋの幅寸法（最小幅）Ｗ１は、その素子２１の厚み（電極相互間の厚み寸法）Ｗ２より、やや大き目に設定されている。また、このような自由状態において電極接続部５５の先端５６は、絶縁カバー７１の先端面７８より図示のように適寸突出している。このとき、折返し部５７の自由端（図示上端）寄り部位は絶縁カバー７１の内側にあり、その凹溝７５内にガイドされている。この状態において、電極接続部５５の先端５６を、図示上方に押し上げて、絶縁カバー７１の先端面（図示下端面）７８の位置まで押し上げたときは、各電極接続部５５は素子２１の電極２５側に曲率半径の小さい円弧状となって膨らむ。このように押し上げの初期においては、端子金具５１の電極接続部５５はその相互間の空間領域Ｋの幅（最小幅）Ｗ１が若干小さくなるが、素子２１の厚みＷ２より小さくならないように設定されている一方、絶縁カバー７１の先端面７８の位置まで押し上げたとき、素子２１の厚みＷ２より小さくなるように設定されている。

しかして、図６左側、及び図７に示したように、素子２１の後端寄り部位２３を上にして素子側組立体Ｓを固定する。一方、端子金具５１の電極接続部５５の先端５６を下にして端子金具側組立体Ｔを、素子２１の後端寄り部位２３の上から同軸状にして臨ませる。そして、図６右側、及び図８の上側に示したように、対向する端子金具５５の電極接続部５５相互間の空間領域Ｋに素子２１の後端寄り部位２３を挿入し、外筒８１の大径筒部８２の先端の内周面が、本体１１の上部の円筒部１５に外嵌するようにする。

このような挿入の初期段階では、図６右側、及び図８の上側に示したように、端子金具５１の電極接続部５５は素子２１の電極２５に接触しない状態にある。一方、さらにその挿入を進めて挿入の中間段階ないし終了近くになったときには、圧縮部材４１の上面４５が電極接続部５５の先端５６を押し上げ、電極接続部５５は素子２１側に膨らむように変形し、素子２１の電極２５に押付けられる。かくして、圧縮部材４１のフランジ４２の上面４５が絶縁カバー７１の先端面７８に当接するまで、電極接続部５５は素子２１側に膨らむ形で変形し、最終的に電極２５に強く押付けられる。なお、本例では、上記もしたように折返し部５７が凹溝７５を形成する壁面によって外方（素子２１と反対側）に逃げられないように拘束されているため、電極接続部５５はいわば板ばねと同様に変形して素子２１の電極２５に確実に押し付けられる。

このように、本形態のセンサ１によれば、検出素子２１の挿入の初期段階では、端子金具５１の電極接続部５５が素子２１或いはその電極２５と擦り合わない。そして、その挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、端子金具５１の電極接続部５５が素子２１の電極２５に押し付けられる。このため、その挿入の開始時から終了時にわたって素子２１或いはその電極２５が端子金具によって擦られることがないから、電極２５の損傷を発生させない端子接続構造となすことができる。

なお、本形態では、端子金具５１は、検出素子２１の後端寄り部位２３が電極接続部５５相互間の空間領域Ｋに挿入される初期段階には、その電極接続部５５に素子２１又はその電極２５が接触しない設定とした場合を例示した。しかし、その挿入の初期段階でも、素子２１の電極２５に損傷が発生しない弱い接触状態での接触であれば、端子金具５１の電極接続部５５は素子２１の電極２５に接触してもよい。

また、本形態では、端子金具５１の略全体が絶縁カバー７１内にセットされている。そして、その電極接続部５５が素子２１の電極２５側に弾性変形させられる際に、その電極２５側と反対側に逃げないようにされているため、信頼性の高い端子接続構造が簡易に得られる。しかも、端子金具５１が、その先端５６において検出素子２１と反対側に折り曲げられてなる折り返し部５７を備えた板ばね部を有しており、この板バネ部をなす電極接続部５５が、電極２５側に弾性変形させられる際に、折り返し部５７が電極２５側と反対側に逃げないように、絶縁カバー内に存在するように設けられているため、構造の複雑化を招くこともなく、確実な電気的接続が得られる。

さて次に、本発明に係るセンサ１０２の別の実施の形態について、図９〜図１１に基づいて詳細に説明する。なお、このセンサ１０２も内燃機関の排気管に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサを具体化したものである。ただし、本形態のものは前記形態のセンサと基本的に共通するため、相違点を中心として説明し、同一或いは対応する部品又は部位には同一の符号を付し、適宜のその説明を省略する。

すなわち、本形態において金具本体１１は、前記形態のものと略同様の形状、構造を呈している。ただし、検出素子２１は本体１１内の下方の段部１３上に、横断面が矩形の素子挿通用孔３２付の絶縁リング１４を配置し、この矩形孔内を通されている。そして、この絶縁リング１４の上に、シール材（本例では滑石）４０を充填し、そのシール材４０の図示上端面の上に、本発明における圧縮手段をなす円筒状の圧縮部材４１を配置し、その圧縮部材４１にてシール材４０を圧縮することで素子２１を気密状に固定する構造とされている。この圧縮部材４１は、前記形態におけるものと基本的には同様の筒状のものとされている。また、その上端部の外周の円環状のフランジ４２の外周面が本体１１の後端寄り部位の円筒部１５の内側に隙間嵌めされている。このフランジ４２の下の筒状部４３が本体１１の大径部１９の内側に隙間嵌とされ、シール材４０を圧縮するように配置されている。なお、この圧縮部材４１の筒状の内側である空孔４４も、横断面が素子２１の横断面に対応する矩形孔とされ、センサ１０２の軸線Ｇに沿って貫通状に形成されている。

一方、素子２１の後端寄り部位２３は、所定量、圧縮部材４１の上端面４５より突出され、その後端寄り部位２３が前記形態におけるのと同様に形成された端子金具５１の電極接続部５５相互間に挿入されて、この電極接続部５５と素子２１の電極２５とが前記形態と同様にして接続されている。すなわち、本例では、本体１１の後端寄り部位の内側に、筒状に形成された絶縁カバー７１が配置されており、端子金具５１は、このカバー７１内に電極接続部５５が配置されるようにして設けられている。ただし、絶縁カバー７１は、横断面が円形に形成された筒状部７０の下端外周にフランジ７９を備えており、内部に端子金具５１を配置した状態の下で、本体１１の後端寄り部位の薄肉部からなるカシメ用円筒部１６を内側に折り曲げるようにして、Ｏリング９を介してそのフランジ７９を覆いかつ先端側に押圧することで本体１１に固定されている。

なお、絶縁カバー７１は、前記形態における絶縁カバーをそのＣ−Ｃ線で切断した下半分の形状に対応するもので、その下端外周にフランジ７９を形成した形をなしている。そして、上端内周には内向きに突出する段部７６を備えており、この段部７６に端子金具５１の折り曲げ部５４の先端角を係止させて電極接続部５５を軸線Ｇ方向に圧縮している。なお、この絶縁カバー７１の内部は、図１０中のＥ−Ｅ線断面図として図１１に示したようであり、前記形態における図２中のＤ−Ｄ線断面図として図５に示したのと実質的に同様な形成をしている。こうして、本形態ではリード線６１の先端に前記形態におけるものと同様に形成された端子金具５１が接続され、この端子金具５１を、絶縁カバー７１内に各端子相互間が絶縁を保持するように配置されている。なお、本形態では外筒８１は、前記形態と異なり絶縁カバー７１を固定する役割を担っておらず、上記したように本体１１の後端寄り部位のカシメ用円筒部１６によるカシメによって、絶縁カバー７１は固定されている。

このような本形態のセンサ１０２もその組立前には、各端子金具５１は図１０中に２点鎖線で示したように、その先端５６が絶縁カバー７１の先端７８から所定量突出するように設定されている（図１２〜１４参照）。そして図１２に示したように、絶縁カバー７１内に配置された端子金具５１は、その左右の各電極接続部５５の相互間の空間領域Ｋの間隔Ｗ１が、素子２１の電極２５間部位の幅Ｗ２より広く形成されている。このような本形態のセンサ１０２は次のようにして組み立てられる。

すなわち、上記したように、本体１１内に、圧縮部材４１の素子挿通孔４４内に素子２１を通して配置し、リード線６１に接続した端子金具５１を絶縁カバー７１内にセットし、その端子金具５１相互間の空間領域Ｋに素子２１の後端寄り部位２３を挿入するように配置する（図１２参照）。次に、図１３の左側、図１４に示したように、端子金具５１相互間の空間領域Ｋに素子２１の後端寄り部２３を挿入し、端子金具５１の先端５６が圧縮部材４１の上面４５に当接するようにする。このとき、端子金具５１の電極接続部５５は素子２１の電極２５に接触していないか、接触していても弱い接触状態となるように、その相互間の空間領域Ｋの幅Ｗ１が設定されている。

次に、この状態において、絶縁カバー７１の上端８０を、フランジ７９の先端面７８が圧縮部材４１の上面４５に当るまで押す（図１３右側、図１５参照）。すなわち、圧縮部材４１の上面４５が、絶縁カバー７１の先端面（図示下端面）７８に当たるまで、各端子金具５１の先端５６を相対的に押し上げる。すると、電極接続部５５はそれぞれ素子２１の電極２５側にバネ性によって変形させられて電極２５に押し付けられる。こうして、この状態の下で、絶縁カバー７１のフランジ７９の上にＯリング９を配置し、本体１１の薄肉円筒部１６を内側に折り曲げるようにかしめるのである。なお、その後は、外筒８１を前記形態と同様に金具本体１１におけるねじ込み用の大径部（多角形部）１９の上の円筒部１５に外嵌、固定し、さらに上端部の小径筒部８３の内側にリード線６１を包囲するように弾性部材８５を嵌入することで、センサ１０２として組み立てられる。

このように、本形態のセンサ１０２においても、その組立における検出素子２１の挿入の初期段階では、端子金具５１の電極接続部５５が素子２１の電極２５に接触しないか、接触しても弱い接触となる。そして、その挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、端子金具５１の電極接続部５５が素子２１の電極２５に押し付けられるため、その挿入の開始時から終了時にわたって電極２５が端子金具５１に擦られ続けることがない。このため、電極２５の損傷を招きにくく、その分、素子２１の損傷を招きにくい端子接続構造となすことができる。

上記した形態では、組立状態において絶縁カバー７１内に端子金具５１を配置させるようにして、その端子金具５１の先端５６を上向きに圧縮する際の逃げ防止手段としたが、本発明においては、端子金具５１自身がバネ性の強いものでその基端部を上記のような絶縁カバーではない別手段を介して固定することで、その逃げが問題とならないようにしてもよい。さらに、端子金具を上記のような絶縁カバー７１内に配置するとしても、逃げ防止手段はこれによらないで具体化することもできる。

図１６及び図１７は、その１例であり、前記形態における端子金具５１において、その電極接続部５５の先端５６から先の折返し部５７を除去するとともに、圧縮部材４１の上面４５の内周寄り部位に凹部４６を設け、この凹部４６の底面４７と、壁面４８にて電極接続部５５の先端５６を係止させるようにしてもよい。すなわち、この壁面４８が、電極２５側と反対側に逃げないように電極接続部５５の先端５６を規制する規制部をなすようにして、圧縮変形時の端子金具５１の逃げを防止するようにしてもよい。このものでは、図１６に示したように、センサとしての組立前には電極接続部５５の先端５６を圧縮する前に、その先端５６を絶縁カバー７１の先端面７８から適量突出させておくとともに、圧縮部材４１の上面の凹部４６の底面４７と壁面４８にて電極接続部５５の先端５６を係止させるようにしておく。そして、その状態から素子２１の後端寄り部位２３を電極接続部５５相互間の空間領域に挿入させるように、図１７に示したように、絶縁カバー７１を同図において下に押し下げ、絶縁カバー７１の先端面７８を圧縮部材４１に押付ければよい。

このように、本発明において、端子金具は、その電極接続部を含む部位自身のバネ性によって電極接続部が検出素子の電極に押し付けられて接続されることができればよく、適宜の形態に設計変更して具体化できる。したがって、前記した各形態における端子金具のように、検出素子の電極側に凸をなして湾曲する湾曲部を有し、この湾曲部が電極接続部をなす形態のものに限定されるものではない。

また、端子金具の電極接続部の圧縮手段に、シール材を圧縮する圧縮部材を用いた場合で説明したが、本発明における圧縮手段は、このような圧縮部材でなくともよい。すなわち、このようなシール材を圧縮する圧縮部材とは別の部材で、或いは、別の部材を中間に介在させて、電極接続部を圧縮するようにしてもよい。すなわち、本発明における圧縮手段は、検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、該端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けることができる手段であり、検出素子の周囲に設けられておればよい。

なお、上記した各実施の形態では、端子金具、及び素子の電極数がそれぞれ４つのもので、しかも、電極は素子の対向する各面にそれぞれ２つ（合計４個）設けられたものにおいて具体化したが、これらの数はいずれのものにおいても具体化できる。また、素子の両面に形成されている電極を素子の両側（両側面）から端子金具の電極接続部で挟み付ける形態として、その電極に端子金具の電極接続部を押付けるものとして具体化したが、これに限定されるものではない。例えば素子の電極が素子の一方の側面（片面）にのみ形成されている場合であっても具体化できる。

この他にも本発明のセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。上記においては酸素センサにおいて具体化したが、本発明と同様の端子接続構造を有するものである限り、温度センサ、その他のセンサにおいても具体化できる。

本発明のセンサを実施するための最良の形態の正面縦断面図。図１のＡ部拡大図。図２のＢ−Ｂ線断面図。図２のＣ−Ｃ線断面図。図２のＤ−Ｄ線断面図。図１のセンサの組立工程の説明図。図６の左側の図の要部拡大図。端子金具の電極接続部相互間の空間領域に素子の後端寄り部位を挿入する過程の説明用の要部拡大図。別の実施の形態の正面縦断面図。図９の要部拡大図。図１０のＥ−Ｅ線断面図。図９の実施の形態のセンサの組立前の要部拡大図。図９のセンサの組立工程の説明図。図１３の左側の要部拡大図。図１３の右側の要部拡大図。別形態の組立工程の要部拡大図。別形態の組立工程の要部拡大図。

符号の説明

１、１０２センサ
２１検出素子
２３検出素子の後端寄り部位
２５検出素子の電極
４１圧縮部材（圧縮手段）
５１端子金具
５５端子金具の電極接続部
５６端子金具の先端
５７端子金具の折り返し部
６１リード線
７１絶縁カバー
４８壁面（規制部）
Ｋ電極接続部に対面する（電極接続部相互間に生じる）空間領域
Ｇ軸線

Claims

測定対象に向けられる先端側に検出部を備えかつ後端寄り部位の表面に複数の電極を備えてなる長寸の板状又は棒状の検出素子と、
この検出素子の電極とリード線とを接続する端子金具とを備えるとともに、
この端子金具における前記電極への接続部である電極接続部に対面する空間領域に、前記検出素子の後端寄り部位を挿入した状態において、前記電極接続部を含む部位自身のバネ性によって該電極接続部が前記検出素子の電極に押し付けられて接続される端子接続構造を有するセンサであって、
前記端子金具は、前記検出素子の後端寄り部位が前記空間領域に挿入される初期段階には前記電極接続部が前記電極に接触しないか、接触しても前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて前記電極接続部が前記電極に押付けられるのに比して弱い接触状態での接触とされるようにして設けられている一方、
前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、該端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けるための圧縮手段が前記検出素子の周囲に設けられており、
該検出素子の後端寄り部位を前記空間領域に挿入し終えた際に、前記圧縮手段が前記端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けて接続する端子接続構造としたことを特徴とするセンサ。
測定対象に向けられる先端側に検出部を備えかつ後端寄り部位の両側の表面にそれぞれ電極を備えてなる長寸の板状又は棒状の検出素子と、
この検出素子の前記複数の電極とリード線とを接続する複数の端子金具とを備えるとともに、
これら端子金具における前記電極への接続部である電極接続部相互間に生じる空間領域に、前記検出素子の後端寄り部位を挿入した状態において、前記電極接続部を含む部位自身のバネ性によって該電極接続部が前記検出素子の電極に押し付けられて接続される端子接続構造を有するセンサであって、
前記端子金具は、前記検出素子の後端寄り部位が前記空間領域に挿入される初期段階には前記電極接続部が前記電極に接触しないか、接触しても前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて前記電極接続部が前記電極に押付けられるのに比して弱い接触状態での接触とされるようにして設けられている一方、
前記検出素子の挿入の中間段階ないし終了近くにおいて、該端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けるための圧縮手段が前記検出素子の周囲に設けられており、
該検出素子の後端寄り部位を前記空間領域に挿入し終えた際に、前記圧縮手段が前記端子金具の先端側を該検出素子の挿入方向に圧縮して前記電極接続部を前記電極側に弾性変形させて該電極接続部を前記電極に押し付けて接続する端子接続構造としたことを特徴とするセンサ。
前記端子金具の電極接続部が、前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、少なくともその電極接続部の一部が絶縁材からなる絶縁カバー内に存在するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
前記端子金具が、その先端側において前記検出素子と反対側に折り曲げられてなる折り返し部を備えており、該端子金具の電極接続部が、前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、該折り返し部が絶縁材からなる絶縁カバー内に存在するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
前記圧縮手段に、前記端子金具の電極接続部が前記電極側に弾性変形させられる際に、該電極側と反対側に逃げないように、前記電極接続部の先端側を規制する規制部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
前記端子金具は、前記検出素子の電極側に凸をなして湾曲する湾曲部を有し、該湾曲部が前記電極接続部をなしている請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ。