JP4494403B2

JP4494403B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4494403B2
Application number: JP2006519431A
Authority: JP
Inventors: 達也奥村; 友洋中村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: US20060288759A1; CN2932386Y; EP1729120A1; JPWO2005090960A1; US7415877B2; EP1729120B1; WO2005090960A1; EP1729120A4

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ素子を内蔵したガスセンサに関するものである。

従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このようなガスセンサのセンサ素子は、一対の電極で挟まれた固体電解質からなる層を少なくとも一層以上備えた板状の素子として構成され、排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素）の濃度を検知している。固定電解質は温度が低いと活性化しないため、センサ素子の近傍には、センサ素子を加熱して活性化するためのヒータが設けられていることが一般的である。例えば、ヒータ一体型のセンサ素子としては、板状のヒータをセンサ素子とともに焼成一体化させた積層構造を有するものが知られている。

このようなセンサ素子は、セラミック製のスリーブ（素子側絶縁碍子）の軸孔内に挿入された状態でガラスシールされることによってスリーブに保持され、このスリーブを主体金具内に保持させることにより、最終的に主体金具に組み付けることができる。そして、センサ素子からの出力を取り出すために、センサ素子の後端側の表裏面にそれぞれ設けられた電極端子部を覆うようにして電極ホルダ（大気側絶縁碍子）が被せられる。この電極ホルダ内には、センサ素子の電極端子部に当接する接続端子が設けられており、センサ素子の両面からセンサ素子と電極バネを挟持することで、電極端子部と接続端子との導通が確保される。

このとき、電極ホルダとスリーブとを互いに係合させるようにすれば、互いの位置決めがなされ、電極ホルダがスリーブに対して傾いた状態で配置されることがない。このため、電極ホルダ内に挿入されるセンサ素子の後端部が、電極ホルダの内面に衝突して破損することが防止される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−４３００４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサでは、電極ホルダがセンサ素子ではなく、スリーブに対して同軸状に位置決めされている。そのため、軸孔に挿入されたセンサ素子が傾いた状態でスリーブに保持された場合、電極ホルダ組付時にセンサ素子に余分な荷重がかかることになり、組み付け時に素子折れが生じる問題が生ずる。また、その場合、接続端子からの接触圧がセンサ素子の一方の板面（表面）と他方の板面（裏面）とで異なってくるため、電極端子部に対する電気的な接続が不安定となる可能性がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、センサ素子に余分な荷重をかけることなく、その電極端子部に対して接続端子を安定して接触させることができる信頼性の高いガスセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側の表裏面に接続端子と接触する電極端子部がそれぞれ形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する一対の素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている、ことを特徴とする。

本発明のガスセンサによれば、センサ素子が内挿されるスリーブに、軸孔の後端側の開口端面より突出して、センサ素子の軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制するための素子ガイド部が設けてある。この素子ガイド部により、スリーブの軸孔に挿入されるとともに、自身の後端側が軸孔の後端側の開口端面より突出したセンサ素子が、軸孔の軸線方向に交差する方向に傾いた状態で配置されることが防止できる。

従って、センサ素子の電極端子部と接触する接続端子を内側に配置した部材を、スリーブに対して同軸状に配置させた場合にも、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができ、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができる。また、接続端子をセンサ素子の表裏面にそれぞれ形成された電極端子部に接触させた場合にも、接続端子からの接触圧はセンサ素子の表面及び裏面においてほぼ均等となる。そのため、接続端子をセンサ素子の電極端子部に安定して接触させることができ、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。

また、素子ガイド部を軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように一対設けることで、センサ素子をスリーブ（詳細には、スリーブの軸孔）に対して同軸状に安定して配置させることができる。

さらに、上記のガスセンサであって、前記一対の素子ガイド部は、前記センサ素子の短手方向両端側のいずれかを収容するとともに、前記軸孔の内周に連続する溝部を有すると良い。

一対の素子ガイドのそれぞれに軸孔の内周に連続する溝部を設け、この溝部にセンサ素子の幅方向両端側のいずれかを収容させることで、センサ素子の幅方向への傾きと厚み方向への傾きの両方を確実に防止することができる。従って、センサ素子をスリーブ（詳細には、スリーブの軸孔）に対して同軸状により安定して配置させることができ、より信頼性の高いガスセンサを提供することができる。

上記目的を達成するために、第２の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側の表裏面に接続端子と接触する電極端子部がそれぞれ形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する素子ガイド部を備え、前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されている、ことを特徴とする。

本発明のガスセンサによれば、接続端子を内側に配置した状態でセンサ素子の後端側周囲に配置される絶縁保持部材の内面を、素子ガイドの外面に係合させている。これにより、センサ素子の後端側と絶縁保持部材との間に素子ガイド部が介在することになるため、組み付け時やガスセンサを振動が激しく掛かる部位（自動車の排気管等）に取り付けて使用した際に、絶縁保持部材の内面がセンサ素子の後端側側周面に当たることが防止され、センサ素子に破損が生ずるのを確実に防げる。

また、絶縁保持部材が素子ガイドに対して傾いて配置されることが防止されるため、センサ素子の各電極端子部に対する各接続端子の接触圧をより均等に設定することができる。従って、接続端子をセンサ素子の電極端子部により安定して接触させることができ、より信頼性の高いガスセンサを提供することができる。

さらに、上記のガスセンサであって、前記絶縁保持部材は、対をなすと共に、前記接続端子と前記センサ素子とを挟持固定していると良い。このように対をなす絶縁保持部材を用いて、接続端子とセンサ素子とを挟持固定することで、接続端子とセンサ素子の電極端子部とを確実に接触させることができる。

なお、この態様のガスセンサにおいては、前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記絶縁保持部材の外周を取り囲む筒状をなし、前記絶縁保持部材による前記接続端子と前記センサ素子とを挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具とを備えると良い。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも対をなす絶縁保持部材は安定して保持され、さらに外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても、保持金具により絶縁保持部材に掛かる衝撃を緩和し、センサ素子に伝達される応力を軽減することができるので、素子折れを効果的に防止することができる。

さらに、上記のガスセンサであって、前記絶縁保持部材は、前記センサ素子の後端側周囲を覆う単一部材からなり、後端側に前記接続端子に接続されるリード線を挿通する挿通孔を有していると良い。このような単一部材からなる絶縁保持部材をセンサ素子の後端側に被せて配置させることで、自身の内面とセンサ素子との間で接続端子を挟みつつ、接続端子とセンサ素子の電極端子部とを確実に接触させることができる。また、この絶縁保持部材に各接続端子に接続されるリード線を挿通する挿通孔を設けることで、ガスセンサ組み立て時のリード線の絡みを防止でき、短絡の発生を防止することができる。

なお、この態様のガスセンサにおいては、前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記保護カバーの内部で保持されるとともに、前記絶縁保持部材を内部で保持する保持金具とを備えると良い。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも対をなす絶縁保持部材は安定して保持され、さらに外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても、保持金具により絶縁保持部材に掛かる衝撃を緩和し、センサ素子に伝達される応力を軽減することができるので、素子折れを効果的に防止することができる。

また、上記目的を達成するために、第３の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する一対の素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている、ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、第４の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部を備え、前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されている、ことを特徴とする。

本発明のガスセンサによれば、センサ素子が内挿されるスリーブに、軸孔の後端側の開口端面より突出して、センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部が設けてある。これにより、センサ素子をスリーブの軸孔に挿入する際に、センサ素子の後端側を素子ガイド部によって案内させることができ、センサ素子はスリーブの軸孔に対し同軸状に配置（位置決め）され、ひいてはセンサ素子が軸孔の軸線方向に交差する向きに傾くのを防止することができる。

従って、センサ素子の電極端子部と接触する接続端子を内側に配置した部材を、スリーブに対して同軸状に配置させた場合にも、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができ、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができる。また、接続端子をセンサ素子の表裏面にそれぞれ形成された電極端子部に押圧させた状態で接触させた場合にも、接続端子からの接触圧はセンサ素子の表面及び裏面においてほぼ均等となる。そのため、接続端子をセンサ素子の電極端子部に安定して接触させることができ、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。

［図１］実施形態のガスセンサ１の要部破断断面図である。
［図２］センサ素子１０の概略構成を示す斜視図である。
［図３］主体金具２に係合されるフランジ部２５がセンサ素子１０に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図である。
［図４］素子ガイド部３３を備えるスリーブ３０の斜視図である。
［図５］電極ホルダ４０の斜視図である。
［図６］保持金具４８の斜視図である。
［図７］セパレータ５０の斜視図である。
［図８］リード線６８が加締められた電極金具６０の斜視図である。
［図９］主体金具２へのセンサ素子１０の組み付けについて説明するための分解斜視図である。
［図１０］センサ素子１０への電極ホルダ４０の組み付けについて説明するための分解斜視図である。
［図１１］２部品から構成した一対の電極ホルダ１４０の斜視図である。
［図１２］電極ホルダ１４０を保持する保持金具１４８の斜視図である。
［図１３］電極ホルダ１４０をセンサ素子１０に組み付けた別実施形態のガスセンサ１の要部破断部分断面図である。
［図１４］単一部品から構成した電極ホルダ２４０の後端側から見た斜視図である。
［図１５］単一部品から構成した電極ホルダ２４０の先端側から見た斜視図である。
［図１６］電極ホルダ２４０を保持する保持金具２４８の斜視図である。
［図１７］電極ホルダ２４０をセンサ素子１０に組み付けた別実施形態のガスセンサ１の要部破断部分断面図である。

符号の説明

１ガスセンサ
２主体金具
１０センサ素子
１５，１６電極端子部
３０スリーブ
３１軸孔
３３素子ガイド部
３５溝部
４０，１４０，２４０電極ホルダ（絶縁保持部材）
４８保持金具
４９突設部
５０セパレータ
５２挿通孔
５３小径部
６０電極金具（接続端子）
６８リード線
７０保護カバー

以下、本発明の一実施の形態にかかるガスセンサ１について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図８を参照して、ガスセンサ１の概略構成について説明する。図１は、ガスセンサ１の要部破断断面図である。図２は、センサ素子１０の概略構成を示す斜視図である。図３は、主体金具２に係合されるフランジ部２５がセンサ素子１０に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図である。図４は、スリーブ３０の斜視図である。図５は、電極ホルダ４０の斜視図である。図６は、保持金具４８の斜視図である。図７は、セパレータ５０の斜視図である。図８は、リード線６８が加締められた電極金具６０の斜視図である。なお、各部材がガスセンサ１に組み込まれた際に、ガスセンサ１の軸線方向（図１に示す紙面上下方向）においてセンサ素子１０の検出部１１側となる方向を先端側、その反対側に位置する側を後端側として、以下、説明する。

図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管に装着されて使用に供され、排気管内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。板状のセンサ素子１０は、自身の先端部（検出部１１）を主体金具２の先端から突出させた状態で、主体金具２に保持されている。本実施の形態のセンサ素子１０は、図２に示すように、軸線方向に延びる板状の素子部１２と、同じく軸線方向に延びる板状のヒータ１４とが積層された構成をなし、素子部１２とヒータ１４とが一体に焼成されている。素子部１２は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアを主体に構成された固体電解質基板の両面に、白金を主体とする多孔質状の一対の電極（検知電極および基準電極）が形成されている。また、ヒータ１４は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、白金を主体とする発熱抵抗体が挟み込まれるようにして形成されている。

このようなセンサ素子１０では、素子部１２の長手方向の先端側に多孔質状の検知電極及び基準電極（図示外）を配置させた検出部１１が設けられ、後端側の第１板面（表面）１３にはそれぞれと電気的に接続された２つの電極端子部１５が設けられている。また、センサ素子１０の後端側の第２板面（裏面）１７には発熱抵抗体（図示外）に電圧を印加するための正極・負極となる２つの電極端子部１６が形成されている。さらに、センサ素子１０は、先端側のうち少なくとも排気ガスに晒される電極（検知電極）の表面上に、耐被毒防止用の多孔質セラミックからなる電極保護層１９が形成されている。なお、本実施の形態では、センサ素子１０のうち排気ガスに晒される電極の表面を含む先端側側周面を電極保護層１９にて覆っている。

次に、図１，図３に示すように、センサ素子１０に一体に組み付けられるフランジ部２５は、アルミナ製のセラミックリング２１と、滑石粉末を圧縮充填させた滑石リング２２と、セラミックリング２１および滑石リング２２を内部に収容可能な大きさの筒状をなす金属製ホルダ２０とから構成されている。なお、このフランジ部２５は、以下のようにしてセンサ素子１０に組み付けられる。まず、センサ素子１０を挿通可能な大きさの開口断面積を有する滑石リング２２を準備し、センサ素子１０の所定位置に金属製ホルダ２０、セラミックリング２１および滑石リング２２を順に配置させる。そして、滑石リング２２の挿通孔の開口断面積が縮小するように圧力を付与して滑石リング２２を圧縮変形させることで、金属製ホルダ２０およびセラミックリング２１を滑石リング２２とともに、センサ素子１０に一体に組み付ける。これにより、主体金具２の段部９に係合させるためのフランジ部２５がセンサ素子１０に対して固定された状態で設けられる。

図１に示すように、主体金具２の先端側（図中下側）には、その内径が細くなることで形成された段部９を有する。また、フランジ部２５の外径は主体金具２の内径とほぼ同じに構成されている。そして、フランジ部２５は、主体金具２内に挿入されて自身の先端部が段部９に当接することにより、主体金具２に対して位置決めされる。そして、フランジ部２５（金属製ホルダ２０）が係合された主体金具２内で、金属製ホルダ２０よりも後端側（図中上側の層）には、滑石リング２３が圧縮充填される。これにより、主体金具２内でフランジ部２５が固定されるとともに、センサ素子１０もまた主体金具２に対して位置決め固定される。なお、滑石リング２３の圧縮は、後述するスリーブ３０が主体金具２内に組み込まれる際に、そのスリーブ３０によって押圧されて行われる。

また、ガスセンサ１の先端側（図中下側）では、センサ素子１０の検出部１１が主体金具２より露出される。この検出部１１を覆って保護する有底円筒状の内側プロテクタ３と、その内側プロテクタ３を覆う外側プロテクタ４とが、それぞれ主体金具２にレーザ溶接により固定されている。センサ素子１０の検出部１１がガスセンサ１周囲の雰囲気（排気ガス）中に曝されるように、内側プロテクタ３と外側プロテクタ４とにはそれぞれ、複数の外気連通孔５，６が開口されている。

次に、滑石リング２３よりもガスセンサ１の後端側には多段円筒状のアルミナ製のスリーブ３０が設けられ、滑石リング２３を先端側に向かって押圧しつつ、フランジ部２５とともに主体金具２内に収容されている。図１，図４に示すように、スリーブ３０はその軸線方向に軸孔３１を有し、この軸孔３１にセンサ素子１０が挿通される。この軸孔３１は、軸線方向断面の面積（開口面積）がセンサ素子１０の長手方向断面の面積よりやや大きめとなるように形成されている。スリーブ３０が主体金具２に収容された状態では、センサ素子１０の各電極端子部１５，１６は、主体金具２の加締め部７側より露出される。

また、図４に示すように、スリーブ３０は、軸孔３１の後端側の開口端面３７から、スリーブ３０（軸孔３１）の軸線方向に沿って後端方向（図中上方向）に向かって延びる一対の素子ガイド部３３が突設されている。この一対の素子ガイド部３３は、軸孔３１の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている。各素子ガイド部３３には、センサ素子１０の後端側における幅方向両端側のいずれかを収容および案内するために、軸孔３１の内周に連続する溝部３５が設けられている。この溝部３５の長さは、スリーブ３０が組み付けられた際に、センサ素子１０がはみ出さない程度の長さとなっている。また、溝部３５の深さは、溝部３５にセンサ素子１０の幅方向両端側のいずれかを収容した際に、センサ素子１０の電極端子部１５，１６の少なくとも一部を露出させることが可能な深さとなっており、後述する電極金具６０が接触するのに必要な面積分の電極端子部１５，１６の一部が露出されている。また、溝部３５の幅は、センサ素子１０の厚みより少し広めに形成されている。なお、電極金具６０が、本発明の特許請求の範囲における「接続端子」に相当する。

そして、図１に示すように、主体金具２の加締め部７が内側に折り曲げられて加締められると、内部に介在されたステンレス製のリング部材８を介し、スリーブ３０が主体金具２の先端側に向かって押圧される。すると滑石リング２３が圧縮変形されて周囲の隙間を埋めるので、センサ素子１０が主体金具２内に気密的に保持固定される。

次に、主体金具２の後端より突出したセンサ素子１０の各電極端子部１５，１６が形成された第１板面１３，第２板面１７は、センサ素子１０の厚み方向の両側から、電極金具６０を介して一対の電極ホルダ４０によって挟み込まれている。図１，図５に示すように、電極ホルダ４０は、自身の内面がスリーブ３０の素子ガイド部３３（図４参照）の外面に係合するようになっており、素子ガイド部３３に案内（収容）されたセンサ素子１０に対向する内壁面４２と、素子ガイド部３３とともに構成する軸線方向の断面がほぼ円形となる湾曲した外周面を形成する外壁面４４とを有している。また、外壁面４４の先端寄りには鍔部４７が形成され、なお、電極ホルダ４０が、本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

さらに、一対の電極ホルダ４０それぞれの軸線方向におけるほぼ中央には、内壁面４２と外壁面４４を貫通する２つの開口４６が設けられている。この開口４６の内面には後述する電極金具６０の突片６３（図８参照）が係合し、電極金具６０が電極ホルダ４０の内側の所定位置に位置決めされるようになっている。電極金具６０は、本実施の形態では、センサ素子１０の第１板面１３に設けられた電極端子部１５、および第２板面１７に設けられた電極端子部１６のそれぞれの正極・負極に電気的な接続を行うため、各電極ホルダ４０に２つずつ係合されている。

そして電極ホルダ４０が、電極金具６０を内側に保持した状態で素子ガイド部３３に係合した場合には、その係合を維持させるため、一対の電極ホルダ４０の外壁面４４に保持金具４８が係合される（図１参照）。図６に示すように、保持金具４８は、円筒形状を有し、一方の筒端にて軸線方向の切り込みが近接して２本ずつ、軸線方向に対して四方に設けられている。その近接する２本の切り込みの間に位置する部位は突設部４９として構成され、保持金具４８の外側に開くように折り曲げられている。

図１に示すように、電極ホルダ４０に保持金具４８が係合された状態では、電極ホルダ４０の内壁面４２とセンサ素子１０との間に挟まれる電極金具６０が撓められる。しかし、その弾性復元力によって、電極金具６０が電極ホルダ４０を保持金具４８の内周に対して押圧するため、保持金具４８の抜けが防止される。

次に、図１に示すように、電極ホルダ４０よりもガスセンサ１の後端側（図中上側）には、センサ素子１０と外部の回路とを電気的に接続するための４本のリード線６８を電極金具６０へと案内するためのアルミナ製のセパレータ５０が配置され、電極ホルダ４０の後端面に当接されている。図７に示すように、セパレータ５０はほぼ円柱形状を有し、後端側の面（図中上側の面）の中央付近に円柱状の小突起５１が設けられている。そして、小突起５１の周囲に四ヶ所、軸線方向に貫通する挿通孔５２が設けられている。図１に示すように、挿通孔５２には、小突起５１が設けられた側（図中上側）の部分が小径となった小径部５３が設けられている。小径部５３の内径は、リード線６８の太さとほぼ同等となっている。

図１に示すように、挿通孔５２の内部には、電極金具６０の基部６２が収容される。図８に示すように、電極金具６０の基部６２は、リード線６８を加締めて電極金具６０に固定するための部位である。基部６２は、リード線６８の導線６９を被覆する絶縁被膜の外周を加締めて抜けを防止する加締め部６５と、リード線６８内の導線（撚り線）６９を加締めて電気的な接続を行う加締め部６４とが設けられている。リード線６８の外周を加締める加締め部６５は、導線６９を加締める加締め部６４より大きく形成されている。このため、図１に示すように、加締め部６５はリード線６８を加締めた際にリード線６８の径よりもさらに太径となるため、セパレータ５０の挿通孔５２の後端側に位置する小径部５３の内径よりも大きくなり、その小径部５３を通過できないようになっている。

また、図８に示すように、基部６２に接合された電極金具６０の先端部６１は、センサ素子１０の電極端子部１５，１６に接触して電気的な接続を行う部位であり、Ｕ字バネ形状に構成されている。先端部６１のほぼ中央には、電極ホルダ４０の開口４６に係合されて電極ホルダ４０への位置決めを行うための突片６３が突設されている。

図１に戻り、電極ホルダ４０とセパレータ５０とを覆って保護するほぼ円筒状のステンレスからなる保護カバー７０が、主体金具２の加締め部７の外周に固着されている。保護カバー７０の後端部（主体金具２に固着される側とは反対側の端部）にはフッ素ゴム製の栓部材７１が嵌入され、リード線６８のみが挿通されるこの栓部材７１の径方向周囲に位置する保護カバー７０を内方に加締めることで、栓部材７１は弾性変形された状態で保護カバー７０内に固定される。また、保護カバー７０の内壁に、電極ホルダ４０の保持金具４８に設けられた突設部４９が当接する。突設部４９は、上述したように四方に張り出し状に設けられており、保持金具４８自身はこの突設部４９の弾性力によって保護カバー７０内で保持される。

このように構成されたガスセンサ１へのセンサ素子１０の組み付けについて、図１，図９，図１０を参照して説明する。図９は、主体金具２へのセンサ素子１０の組み付けについて説明するための分解斜視図である。図１０は、センサ素子１０への電極ホルダ４０の組み付けについて説明するための分解斜視図である。

図１，図９に示すように、フランジ部２５が一体に組み付けられたセンサ素子１０は、検出部１１側を主体金具２の先端側にして主体金具２内に挿入される。そして、センサ素子１０は、主体金具２の先端側（図１における下側）の段部９にフランジ部２５の端部が当接する位置で、主体金具２に対して位置決めされる。

次いで、滑石リング２３が、その中央の孔にセンサ素子１０を通すようにして係合され、これに続いてスリーブ３０の軸孔３１にセンサ素子１０が自身の後端側より通される。このとき、センサ素子１０の幅方向両端側は、軸孔３１の内周に連続した素子ガイド部３３の溝部３５に案内される。なお、センサ素子１０の電極端子部１５，１６の一部は素子ガイド部３３の溝部３５内に位置することとなるが、電極金具６０との接続を行えるように、少なくとも一部が露出される。このようにセンサ素子１０を素子ガイド部３３（詳細には、溝部３５）に案内させることにより、センサ素子１０をスリーブ３０の軸孔３１に対して同軸状に配置（位置決め）させることができる。

この状態でリング部材８をスリーブ３０上に載置して、主体金具２の後端部を径方向内側に加締めることで加締め部７を形成する。この加締め部７を形成することにより、スリーブ３０はリング部材８を介して、主体金具２の先端方向に向かう押圧力を受け、滑石リング２３を圧縮する。滑石リング２３は変形し、周囲の隙間を埋めて、主体金具２内においてフランジ部２５を固定する。

図１０に、加締め部７形成後の主体金具２およびセンサ素子１０の状態を示す。センサ素子１０は、その幅方向両端側が素子ガイド部３３に案内された状態で主体金具２内に固定される。

そして、図１０に示すように、電極金具６０の突片６３が電極ホルダ４０の開口４６に係合されると、電極金具６０が電極ホルダ４０に対して位置決めされて保持される。この状態で、電極ホルダ４０が、センサ素子１０の厚み方向の両側から当該センサ素子１０を挟むようにして素子ガイド部３３に係合される。電極ホルダ４２の内壁面４２とセンサ素子１０の板面との間で挟まれる電極金具６０の先端部６１は、センサ素子１０の電極端子部１５，１６に対して当接する。このとき、センサ素子１０は素子ガイド部３３に対して位置決めされており、電極ホルダ４０も係合される素子ガイド部３３に対して位置決めされている。このため、センサ素子１０の板面と、電極ホルダ４０の内壁面４２との間の距離は、製造されるどの個体においても大差なく、ほぼ一定に保たれる。

電極金具６０の先端部６１はＵ字バネ状に形成されているので、素子ガイド部３３に電極ホルダ４０が係合されると、センサ素子１０の板面と、電極ホルダ４０の内壁面４２との間が遠ざかる方向に両者は付勢される。この状態で、素子ガイド部３３に係合した電極ホルダ４０の外周を押さえて両者の係合を維持させるため、保持金具４８が被せられる。電極金具６０の先端部６１は、センサ素子１０の電極端子部１５，１６に対して付勢されて当接したままの状態で維持され、両者間の電気的な接続は安定する。上記したように、センサ素子１０の板面と電極ホルダ４０の内壁面４２との間の距離が、どの電極端子部１５，１６の位置においてもほぼ一定に保たれているので、電極端子部１５，１６の位置によって電極金具６０との接触圧が偏ったりすることはない。

そして、セパレータ５０が電極ホルダ４０に当接され、この状態で、図１に示す、保護カバー７０が電極ホルダ４０およびセパレータ５０に被せられる。保護カバー７０は主体金具２に圧入された後全周レーザ溶接されて固定され、その内壁に保持金具４８の突設部４９が当接される。これにより、保持金具４８は保護カバー７０内で保持され、保持金具４８によって保持された電極ホルダ４０もまた、保護カバー７０内で位置決めされることとなる。

以上説明したように、本実施の形態のガスセンサ１では、主体金具２にセンサ素子１０の固定を行う際に、スリーブ３０に素子ガイド部３３を設け、この素子ガイド部３３の溝部３５にてセンサ素子１０の短手方向両端側を案内して、スリーブ３０の軸孔３１に対するセンサ素子１０の位置決めを行った。そして、センサ素子１０の電極端子部１５，１６に接触する電極金具６０を、素子ガイド部３３に対して位置決めを行うことができる電極ホルダ４０に位置決め保持させた。

これにより、素子ガイド部３３を介して電極金具６０とセンサ素子１０との位置関係が製造される個体差の影響なく一定に保たれるため、電極金具６０の先端部６１とセンサ素子１０の電極端子部１５，１６との接触圧が一定し、電気的に安定した接続を行うことができる。また、素子ガイド部３３を介してセンサ素子１０がスリーブ３０の軸孔３１に対して同軸状に位置決めされ、且つセンサ素子１０は素子ガイド部３０により軸孔３１の軸線方向に交差する方向（換言すれば、センサ素子１０の幅方向及び厚み方向）に傾くことが規制されるため、素子ガイド部３３に対して電極ホルダ４０を係合させても、電極ホルダ４０がセンサ素子１０に接することがない。従って、センサ素子１０に余分な荷重が掛かることがなく、センサ素子１０の素子折れを防止することができる。

また、電極金具６０には外部回路から配線されたリード線６８が接続されるが、そのリード線６８の案内するセパレータ５０を素子ガイド部３３の後方に設けたことにより、複数のリード線６８をそれぞれ分離して配設することができ、ガスセンサ１の組み立て時の絡みを防止して組み立てを容易とし、また、短絡の発生を防止することができる。さらに、そのセパレータ５０の端部にリード線６８の外径とほぼ同等の径を有する小径部５３を設けた。これにより、リード線６８を加締めて抜けないように固定する電極金具６０の基部６２が小径部５３を通過できず、セパレータ５０からの電極金具６０の抜けを防止することができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上述した実施の形態では、電極金具６０周りの絶縁部材を、一対の電極ホルダ４０とセパレータ５０の３つの部品から構成したが、２部品、あるいは１部品から構成してもよい。例えば、図１１では、電極ホルダ４０とセパレータ５０とを一体に形成し、一対の電極ホルダ１４０として２部品から構成した例を示す。図１１に示すように、電極ホルダ１４０は、セパレータ５０に相当する部分を縦割りに分割し、その分割部分と電極ホルダ４０に相当する部分とを一体成形した。

この一対の電極ホルダ１４０のそれぞれには、電極ホルダ４０に相当する部位に凹部１４１が設けられている。この凹部１４１は、電極ホルダ１４０でセンサ素子１０をその厚み方向から挟み込んだときに、素子ガイド部３３ごとセンサ素子１０を凹部１４１内に収容可能に構成されている。このとき、その凹部１４１の内面１４３が、一対の素子ガイド部３３の外面に係合するようになっている。また、センサ素子１０の板面と対向する凹部１４１の内壁面１４２には、本実施の形態の電極ホルダ４０と同様に、電極ホルダ１４０の外壁面１４４に貫通する２つの開口１４６が設けられている。この開口１４６に、上記実施の形態における電極金具６０の突片６３が係合されることで、電極金具６０の先端部６１が電極ホルダ１４０の内側に保持される。

また、電極ホルダ１４０のセパレータ５０に相当する部位には、セパレータ５０の挿通孔５２に相当する２本の挿通溝１５２が溝設されている。この挿通溝１５２は凹部１４１に接続され、凹部１４１とは反対側の溝の端部に、リード線６８の外径とほぼ同じ溝幅を有する小溝幅部１５３が設けられている。この小溝幅部１５３は、上記実施の形態と同様に、電極金具６０の加締め部６５に対するストッパとして機能する。そして、この挿通溝１５２に電極金具６０の基部６２が収容され、凹部１４１に先端部６１が収容されることによって、電極金具６０全体が電極ホルダ１４０内に収容される。なお、電極ホルダ１４０が、本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

この電極ホルダ１４０にて素子ガイド部３３ごとセンサ素子１０を挟み込めば、電極金具６０の先端部６１が位置決めされた電極ホルダ１４０が素子ガイド部３３に係合されるので、電極金具６０の先端部６１と素子ガイド部３３に案内されたセンサ素子１０との位置関係は、個体差によらずほぼ一定となる。また、この電極ホルダ１４０は、上記実施の形態の保持金具４８と同様に、図１２に示す、円筒状の保持金具１４８によって保持される。この保持金具１４８には、内側に向かって張り出す突設部１４９が六ヶ所形成されるとともに、先端に位置し、径方向内側に延びるとともに徐々に方向転換して後端側に延びてほぼＪ字状に湾曲してなる突設部１７１（図１３参照）が六ヶ所形成されている。

そして、この保持金具１４８は、図１３に示すように、一対の電極ホルダ１４０がセンサ素子１０を挟んだ状態を維持させるように、電極ホルダ１４０の外側に突設部１４９、突設部１７１が弾性的に接した状態で、電極ホルダ１４０を保持している。さらに、この保持金具１４８は、保護カバー７０のうち保持金具１４８の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となるように変形させた凸部１８１により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー７０内に保持される。

これにより、ガスセンサ１に振動が及んだ際にも電極ホルダ１４０は安定して保持され、さらに外部から保護カバー７０に衝撃が加わっても、保持金具１４８により電極ホルダ１４０にかかる衝撃を緩和することができ、センサ素子１０に伝達される外力を軽減することができるので、素子折れの発生を防止することができる。もっとも、上記実施の形態における保持金具４８のように、保護カバー７０に凸部１８１を設けることなく、突設部を外方に向かって突設させ、保持金具の内周で一対の電極ホルダ１４０を保持するとともに、突設部を保護カバー７０の内壁に当接させるようにした保持金具を用いて、ガスセンサ１を構成してもよい。

また、図１４，図１５では、電極ホルダ４０とセパレータ５０とを一体に形成し、電極ホルダ２４０として単一部品から構成した例を示す。電極ホルダ２４０は、電極ホルダ４０に相当する部位に凹部２４１が形成され、スリーブ３０の素子ガイド部３３を挿入可能となっている。そして、一対の素子ガイド部３３の外面が凹部２４１の内面２４３に対して係合することで、素子ガイド部３３に対して電極ホルダ２４０が位置決めされるようになっている。

凹部２４１に挿入されるセンサ素子１０の板面と対向する内壁面２４２には、断面Ｌ字形状の係合溝２４６が、片面に２ヶ所ずつ設けられている。上記実施の形態における電極金具６０の突片６３を断面Ｌ字形状に構成し、この係合溝２４６に係合させれば、電極金具６０の先端部６１を凹部２４１内にて位置決めすることができる。そして、素子ガイド部３３を凹部２４１の内面２４３に係合させれば、対向する電極金具６０の先端部６１間にセンサ素子１０が挟まれ、先端部６１と電極端子部１５，１６との電気的な接続が行われる。センサ素子１０は素子ガイド部３３に位置決めされ、また、電極金具６０の先端部６１が位置決めされた電極ホルダ２４０も素子ガイド部３３に位置決めされている。そこで、電極ホルダ２４０を素子ガイド部３３に被せるようにして係合させれば、電極金具６０の先端部６１とセンサ素子１０との位置関係は、個体差によらずほぼ一定となる。

なお、電極ホルダ２４０のセパレータ５０に相当する部位に挿入孔２５２や小径部２５３を形成し、４つの電極金具６０におけるそれぞれの基部６２を収容し、電極金具６０の抜け防止を行う点については、上記実施の形態と同様である。なお、電極ホルダ２４０が、本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

そして、電極ホルダ２４０は、図１６に示す円筒状の保持金具２４８によって保護カバー７０内に保持される。この保持金具２４８には、内側に向かって張り出す突設部２５１が六ヶ所形成されるとともに、後端に位置し、径方向内側に延びるとともに徐々に方向転換して先端側に延びてほぼＪ字状に湾曲してなる突設部２４９が六ヶ所形成されている。そして、この保持金具２４８は、図１７に示すように、電極ホルダ２４０の外側に突設部２４９、突設部２５１が弾性的に接した状態で、電極ホルダ２４０を保持している。さらに、この保持金具２４８は、保護カバー７０のうち保持金具２４８の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となるように変形させた凸部１８１により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー７０内に保持される。

これにより、ガスセンサ１に振動が及んだ際にも電極ホルダ２４０は安定して保持され、さらに外部から保護カバー７０に衝撃が加わっても、保持金具２４８により電極ホルダ２４０にかかる衝撃を緩和することができる。なお、上記実施の形態における保持金具４８のように、保護カバー７０に凸部１８１を設けることなく、突設部を外方に向かって突設させ、保持金具の内周で電極ホルダ２４０を保持するとともに、突設部を保護カバー７０の内壁に当接させるようにした保持金具を用いて、ガスセンサ１を構成してもよい。

また、上記実施の形態では、素子ガイド部３３として、対をなすと共に、センサ素子１０の幅方向両端側を案内する溝部３５を設けた構成を示したが、素子ガイド部３３の構成はこれに限定されず、センサ素子１０の四つの角部稜線を案内する四つのガイド部材として構成してもよい。また、電極金具６０の先端部６１はＵ字バネ状に形成したが、電極ホルダ４０の内壁面４２に直交する方向に付勢力を有する板バネ状、あるいは波状に形成され、内壁面４２に位置決め保持されていてもよい。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００４年３月１９日出願の日本特許出願（特願２００４−０７９８１３）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

さらに、本発明を適用可能なガスセンサとして、上記の実施の形態では酸素センサを示したが、板状のセンサ素子を備える全領域空燃比センサやＮＯｘセンサ等の各種ガスセンサにも本発明を適用できる。

Claims

筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側の表裏面に接続端子と接触する電極端子部がそれぞれ形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、
前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する一対の素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている、
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記一対の素子ガイド部は、前記センサ素子の幅方向両端側のいずれかを収容するとともに、前記軸孔の内周に連続する溝部を有する
ガスセンサ。
筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側の表裏面に接続端子と接触する電極端子部がそれぞれ形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、
前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する素子ガイド部を備え、
前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、
前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されている、
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項３に記載のガスセンサであって、
前記絶縁保持部材は、対をなすと共に、前記接続端子と前記センサ素子とを挟持固定している
ガスセンサ。
請求項４に記載のガスセンサであって、
前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、
前記絶縁保持部材の外周を取り囲む筒状をなし、前記絶縁保持部材による前記接続端子と前記センサ素子とを挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具とを備えた
ガスセンサ。
請求項３に記載のガスセンサであって、
前記絶縁保持部材は、前記センサ素子の後端側周囲を覆う単一部材からなり、後端側に前記接続端子に接続されるリード線を挿通する挿通孔を有している
ガスセンサ。
請求項６に記載のガスセンサであって、
前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、
前記保護カバーの内部で保持されるとともに、前記絶縁保持部材を内部で保持する保持金具とを備えた
ガスセンサ。
筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、
前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する一対の素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている、
ことを特徴とするガスセンサ。
筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、
前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部を備え、
前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、
前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されている、
ことを特徴とするガスセンサ。