JP4693118B2

JP4693118B2 - センサ

Info

Publication number: JP4693118B2
Application number: JP2006007701A
Authority: JP
Inventors: 康司松尾; 裕一山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-01-16
Also published as: JP2006300923A

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、測定対象検出用のセンサ素子を備えてなるセンサに関する。

従来より、ガスセンサ素子、或いは温度センサの感温素子のように、長手方向に延びる長寸の板状或いは棒状をなす各種のセンサ素子（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、センサ素子を、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、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している。このようなセンサでは、通常、その素子の後端寄り部位の両側部表面に、検出出力の取り出し用の電極端子や、素子に形成されたヒータへの通電用などの電極端子を含めた複数の電極端子（端子電極）を素子の幅方向（横方向）に絶縁間隔をおいて備えている。そして、これらの各電極端子と、センサの外部に引き出されるリード線との電気的な接続は、その各電極端子に、各リード線の先端に接続された端子金具（金属端子又はリードフレーム）をそのバネ性を用いて押付けるようにして当接ないし圧接するようにしたものがある（特許文献１，２）。このような端子金具は、各リード線の先端にその一端が取付けられ、例えば先端において折返し状（例えばＵ字状）に曲げられた板バネをなしており、そのＵ字部のうちの一方の脚片を電極端子に押付ける接続部（以下、電極接続部という）としている。

すなわち、このような端子接続構造においては、図１２−Ａに示したように、例えば４本のリード線（図示せず）の各先端にそれぞれ接続した端子金具５１を絶縁材からなる端子金具保持部材（セパレータともいわれる）７１の内側に絶縁を保持して対向状に配置しておき、その内側の対向する端子金具５１の相互間に、上記したセンサ素子２１を、その後端２７側から、同図−Ｂに示したように、同素子２１の長手方向に相対的に挿入することによって、端子金具５１のそれぞれを外向きに弾性変形させて同素子２１の側部表面の各電極端子２５に押付けられるようにされている。すなわち、素子２１の挿入によって、各端子金具５１をそれ自身のバネ性に抗して外側に押し広げるようにし、素子２１の側部表面に形成された各電極端子２５の部位を挟み付けるようにして、電極端子２５と端子金具５１との電気的な導通をとる構成とされている。このような端子接続構造では、その構造上、接続前（素子２１の挿入前）は、対向する端子金具５１の相互間の間隔（空間部の幅）Ｋは、素子２１の厚みより小さいか、或いは端子金具５１の相互間の間隔Ｋが０となるようにして端子金具保持部材７１内に配置されている。

このような端子接続構造においてその電気的接続の信頼性ないし確実性を高めるためには、端子金具５１にバネ性の強いものを使用し、その接続状態において、端子金具５１が電極端子２５に強いバネ力で押付けられるようにすることが必要となる。しかし、端子金具５１のバネ性を強くするに従い、素子２１の挿入においては大きな力（押込み力）が必要となるとともに、素子２１の挿入時において端子金具５１に予定外の不適切な変形が発生し、接続の信頼性を低下させる危険性がある。というのは、端子金具５１の素子２１の挿入側はその受け入れガイドをなすように挿入口側（図示下側）に向けて広がるように形成されているため、素子２１の挿入開始時は、その後端２７の角Ｃが端子金具５１の挿入口側の表面にまともに衝突する形となるために、例えば端子金具５１の相互間の間隔Ｋが小さくしかもバネ性が強いときには、素子２１の挿入時の抵抗（以下、挿入抵抗）が大きくなり、端子金具５１の円滑な弾性変形ができないことがあるためである。

こうした問題の解消のためには、素子の挿入抵抗の低減を図るのが効果的であり、その手段としては、素子の後端の角、すなわち素子の後端面と、端子金具に押付けられる電極端子の形成された側部表面とのなす角に、適当な面取り（傾斜面取り又はＲ面取り）を付けることが効果的である（特許文献１）。すなわち、図１３に示したように、素子２１の後端２７に面取り（面取り部）２８を付けておけば、素子２１の挿入開始時においてそれが端子金具５１に衝突するとしても、その衝突部位は、後端２７の直角の角ではなく、その面取り２８となることから、その挿入当初のみならず挿入過程においても、端子金具５
１に対する挿入抵抗を小さくできるためである。
特開２００１−１８８０６０号公報特開２００２−２９６２２３号公報

ところが、後端２７にこのような面取り２８を設けた素子２１を挿入することによる場合には前記したように素子２１の挿入抵抗の低減ないしその挿入の円滑化が図られるために、端子金具５１の不適切な変形の発生が防止されるものの、次のような別の問題があることが判明した。というのは、挿入される素子２１における電極端子２５に、その削り取られや剥離等の損傷が発生することがあるといった問題の発生である。このような損傷の発生原因は、本願発明者らの試験及びその結果からして次のようであることが判明した。

素子に形成される電極端子は、未焼成の素子（セラミック）の表面に印刷された、白金等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストがその素子の焼成時に同時焼成されて形成されてなるものであり、その厚みは、せいぜい数十μｍと極めて薄い。一方、上記した従来の素子２１におけるこのような電極端子２５の後端は面取り２８の先端（面取り部における素子先端側に位置するその先端）２８ａと同じ位置に存在している。他方、このように後端２７に面取り２８をつけてなる素子２１を挿入する際には、その挿入開始から端子金具５１を相対的に摺動して、端子金具５１が素子２１の面取り２８を乗り越えまでに発生する比較的大きな力がその面取り２８の先端（最外側）２８ａにある電極端子２５の後端に直接及んでしまうことになる。すなわち、電極端子２５は薄く、しかも端子金具５１が面取り２８を乗り越えるときに発生する比較的大きな力がその面取り２８の先端２８ａに位置している電極端子２５の後端に直接及んでしまうことになることから、電極端子２５はその後端から先端側に向けて削り取られるような作用をその端子金具５１から直接に受けるために損傷を受け易いのである。しかして、このような端子接続構造において電極端子に損傷がある場合には、センサ（製品）として使用される際には、その電気的接続の信頼性を低下させることになる。

本発明は、上記した端子接続構造を有するセンサにおける、こうした問題点に鑑みてなされたもので、センサ素子の電極端子に対する端子金具の接続において、その電極端子が損傷を受けるのを防止し、もってその電気的接続の信頼性を高めることを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数の端子金具を内側に絶縁を保持して配置してなる絶縁材からなる端子金具を端子金具保持部材内に、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側部表面に複数の電極端子を備えてなる長寸のセンサ素子の後端側が配置され、前記端子金具のそれぞれが弾性変形して該センサ素子の側部表面の各電極端子に押付けられてなるセンサにおいて、
前記センサ素子に、その後端面と前記電極端子のある側部表面とのなす角に面取りが付けられている一方で該電極端子は素子後端側に位置するその後端が前記面取りよりも素子先端側に位置しており、しかも、該電極端子の後端と、該面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間に平坦な表面が存在しており、前記平坦な表面における前記電極端子の後端と該面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間の前記センサ素子の長手方向に沿う寸法を、０．５ｍｍ以上としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記平坦な表面における前記電極端子の後端と前記面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間の前記センサ素子の長手方向に沿う寸法が、該面取りにおける前記先端と前記センサ素子の前記後端面との間の長手方向に沿う寸法よりも長くなっていることを特徴とする請求項１に記載のセンサである。

請求項３に記載の発明は、前記各端子電極における前記各電極端子に押付けられている部位にその電極端子側に突出する凸部が形成さ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に記載の発明は、前記各端子金具は、長手方向に沿って延びる支持部と、前記支持部の先端から折り曲げられて長手方向後端側に向かって延びる折り返し部とを含み、かつ前記折り返し部のうち前記支持部に連結される端部よりも後端側に、該支持部に当接する当接部を有するものであり、さらに前記各端子金具は、前記センサ素子に組み付けられる前の自由状態では、前記当接部は前記支持部に当接しないように構成される一方、これら端子金具を前記センサ素子の後端から素子先端側に向かって移動させつつ、前記折り返し部の先端を前記面取りにおける素子先端側に位置するその先端よりも先端側に移動させることにより、前記折り返し部が前記支持部に向かって弾性変形して前記当接部が前記支持部に当接するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサである。
また、請求項５に記載の発明は、前記各電極端子の厚みは１０〜３０μｍにあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサである。

従来の素子の挿入において、素子の後端に面取りを付与したものでは、その素子が端子金具に衝突した後、相対的に端子金具が面取りを乗り越えるときに、素子の挿入抵抗（押込み力）は最大となる。一方、このような素子の面取りにおける素子先端側には電極端子の後端が露出していることから、端子金具が面取りを乗り越えるときは、その電極端子の後端には素子の表面に沿って先端側に強い力を受けることになる。すなわち、上記従来の素子においては、その後端寄り部位の側部表面に形成された電極端子は、面取りの素子先端側に位置するその先端（面取りの先端）から、素子の先端側に向けて所定の長さ範囲で形成されているために、端子金具から受ける強い力は、素子の電極端子の後端に直接及んでしまう。このため、その挿入においては、端子金具が電極端子をその後端から素子の面に沿って先端側に向けて大きな力で押し、或いはその電極端子（層）をその後端から先端側に向けて削り取り又は引っ掻き取る様に作用することになる。このように、従来の素子を用いた端子接続構造において、電極端子が損傷を受ける原因は、電極端子の後端が素子後端の面取りの先端にまでつながるように形成されていたことにある。なお、本明細書において、電極端子について後端とは、電極端子の素子後端側に位置する端をいい、面取りについて先端とは、面取りの素子先端側の端をいう。

これに対して、本発明では、上記したように前記センサ素子に、その後端面と前記電極端子のある側部表面とのなす角に面取りが付けられているものでありながら、該電極端子は素子後端側に位置するその後端が面取りよりも素子先端側に位置して形成されており、しかも、電極端子の後端と、面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間に平坦な表面を存在させたものを使用している。このため、素子の挿入過程で、端子金具が面取りを乗り越える際にかかる大きな力は、電極端子の後端に直接及ぶことはない。すなわち、端子金具が電極端子に及ぼす力は端子金具が前記平坦な表面を摺動してからとなり、このように端子金具が該平坦な表面に至った後の挿入抵抗は最早急減したものとなっている。したがって、その平坦な表面より先端側に位置する電極端子に端子金具が及ぼす力は小さいことから、電極端子が損傷を受けることが防止される。別の言い方をすると、端子金具は電極端子の表面を小さい挿入抵抗の下で摺動するに過ぎないことから、電極端子が損傷を受けることが防止される。このように、本発明においては、電極端子の後端が、面取りの先端より素子の先端側に形成されているため、端子金具が素子の面取りを乗り越えるときは電極端子の後端に力が直接及ぶことはなく、端子金具が面取りを越えて平坦な表面に至って挿入抵抗が急減してから電極端子に力がかかるので、その損傷が有効に防止される。

上記した平坦な表面の先後の長さ寸法は、本発明では、０．５ｍｍ以上とするのが適切である。素子の挿入抵抗（素子の押込み力）は、端子金具が面取りを乗り越える際にピークとなり、その後は急減することから、基本的には電極端子の後端と面取りとの間に平坦な表面がその先後の長さに係わらず存在さればよいが、この長さ寸法が大きい方が電極端子が損傷を受ける危険性を小さくできる。一方、素子の小型化（短寸化）の要請からは、電極端子は、可及的に素子の後端寄りに形成すべきである。これらを考慮すると、この寸法は、０．５ｍｍ以上の範囲で設定するのが好ましく、より好ましくは、０．５〜５ｍｍの範囲、さらに好ましくは１〜５ｍｍの範囲とするのが適切である。

また、上記した平坦な表面の先後の長さ寸法は、請求項２に記載のように、面取りにおける先端とセンサ素子の後端面との間の長手方向に沿う寸法よりも長めに設定されていると良い。平坦な表面の先後の長さ寸法をこのように設定することで、端子金具が面取りを超えて平坦な表面に至って電極端子の後端に達するまでの挿入抵抗をより軽減することができ、電極端子が損傷を受ける危険性を小さくできる。

さらに、各端子金具には、請求項３に記載のように、前記各電極端子に押付けられている部位にその電極端子側に突出する凸部（突起）が形成されているものとするのが好ましい。このように凸部が形成されている場合には、素子の挿入後における端子接続構造において、その凸部が素子の電極端子に局所的或いは集中的に当たるために食い込み状となり接触面圧が高められることから、電気的接続の安定性ないし確実性を高めることができるためである。なお、従来の素子を用い、端子金具にこのような凸部を設けた場合においては、その凸部が面取り部位を乗り越える際には、さらに挿入抵抗の増大を招くことから、電極端子の損傷の危険性がさらに増大するが、本発明ではこうした危険性もなく、電気的接続の信頼性を高めることができる。

さらに、各端子金具は、請求項４に記載のように、センサ素子に組み付けられる前の自由状態では、当接部は支持部に当接しないように構成される一方、これら端子金具をセンサ素子の後端から素子先端側に向かって移動させるに連れて、折り返し部が支持部に向かって弾性変形して当接部が支持部に当接するように構成されていると良い。

このように本発明の端子金具は、折り返し部の当接部が支持部に当接する場合と当接しない場合とで、センサ素子の側部表面に対して端子金具自身が押圧する力が変動するように構成されている。より詳細には、端子金具は、自身をセンサ素子の側部表面に対して押し付ける力の大きさが、折り返し部の当接部が支持部に当接せずにその先端が支持部に連結している状態（１点支持の状態）に比べて、折り返し部の当接部が支持部に当接する状態（２点支持の状態）の方が大きくなるように構成されているのである。これにより、端子金具とセンサ素子との組み付けにあたり、組み付け作業の前半では、折り返し部が自身の先端のみで支持部に支持された１点支持の状態にあるため、比較的小さい力で端子金具がセンサ素子の電極端子に押し付けられることになり、端子金具から受ける力によってセンサ素子が破損するのを効果的に抑えることができる。また、組み付けの完了後では、折り返し部は、支持部に２点支持の状態となるため、自身の弾性変形によってセンサ素子に与える力が１点支持の状態の場合に比べて大きくなり、端子金具とセンサ素子の電極端子との接続状態を良好且つ強固に得ることができる。

そして、本発明では、端子金具とセンサ素子との組み付け時において、折り返し部の先端が面取りの先端よりも先端側に移動された後に、折り返し部が支持部に向かって弾性変形して当接部が支持部に当接するように、端子金具を予め形成している。このため、端子金具とセンサ素子との組み付け時において、折り返し部が、支持部に対して２点支持とされた状態で面取りを乗り越えてセンサ素子の先端側に移動する距離を短めに設定することができる。従って、本発明では、折り返し部が支持部に対して２点支持とされた状態でセンサ素子に強固に接続され得る端子金具をセンサ素子に組み付ける場合にも、センサ素子に面取りを付与した上述の効果と相俟って、センサ素子の電極端子が損傷するのを防ぐことができる。

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１０に基づいて詳細に説明する。ただし、本形態では、排気ガス中の酸素濃度を検出する全領域空燃比センサにおいて具体化したものであり、したがって、まずこのセンサの全体について詳細に説明する。図中、１は全領域空燃比センサであり、筒状をなす金具本体１１（以下、単に本体１１ともいう）の内側に、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）２１ａを備えた長寸で、横断面が矩形をなす板状のセラミックを主体として形成されたセンサ素子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の内側であってセンサ素子２１の外側には、同素子２１を気密に固定する固定手段が設けられている。この固定手段は、本体１１の内側の下方の段部に内ツバが支持されてなる筒体３０が介挿され、その筒体３０の内側であってその内ツバの上に、下からアルミナから形成されたホルダ３１、滑石３２、シール材（本例では滑石）３３が配置されている。そして、シール材３３の上にはスリーブ３５が配置され、リングワッシャ３６を介して、本体１１の後端寄り部位の円筒部１５に連設された薄肉のカシメ用円筒部１６を内側に折り曲げかつ先端側に圧縮し、内部のシール材３２、３３等を圧縮することで、素子２１を金具本体１１の内側に気密に固定している。なお、スリーブ３５等の内側中央は、軸線Ｇ方向からみて横断面が素子２１の横断面に対応する矩形（長方形）穴とされ、素子２１が本体１１内において同軸状に固定されている。

なお、このように固定されている素子２１は、検出部２１ａのある先端側（図１下側）を本体１１の先端面より所定量（長さ）突出させ、後端側をスリーブ３５の後端面より所定量（長さ）突出させている。なお、金具本体１１の先端から突出している素子２１の先端（検出部２１ａ）は、本形態では、その周囲を包囲するように、複数の穴の設けられた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、センサ１の排気管（図示せず）への取付けにおいて、本体１１のねじ１２をねじ込む際の工具をあてがう多角形部であり、この多角形部の下面にはシール用のガスケット２０が取着されている。

次に、このように本体１１内に固定された素子２１について詳細に説明する。本形態に使用されている素子２１は、そのうち、スリーブ３５から突出している後端寄り部位２３には、図２に示したように、その幅広面をなす各側部表面（以下、単に表面ともいう）２６に３つ又は２つの電極端子２５が横に並んで形成されている。なお、全領域空燃比センサとして用いられる素子２１は、従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、概略構成は以下のようである。まず、素子２１は、素子部とヒータ部が一体焼成されたものである。この素子部は、固体電解質層に一対の電極を形成した酸素ポンプ素子と、同じく固体電解質層に一対の電極を形成した酸素濃淡電池素子とが、中空の測定室を有するスペーサを介して積層された構成をなす。また、ヒータ部は、絶縁層間に発熱抵抗体を配置した構成をなす。そして、一方の表面２６に形成された３つの電極端子２５は、素子部の各電極に接続され（なお、１つの電極端子２５は、測定室に面する酸素濃淡電池素子の電極および酸素ポンプ素子の電極と共用化して接続されている）、他方の表面２６に形成された２つの電極端子２５は、発熱抵抗体の両端にそれぞれ接続されており、いずれも、素子２１の長手方向に沿って細長い矩形状を呈している。この電極端子２５は、印刷されたメタライズペーストを素子２１と同時焼成により形成されてなるものであり、その厚みは１０〜３０μｍと薄く、微量隆起状の層をなしている。

また、素子２１の後端面２７と電極端子２５のある各幅広面をなす表面２６とのなす角には、その稜線に沿って例えば４５度の傾斜面取り２８が付けられている。この面取り２８はＣ０．１〜Ｃ０．５（ｍｍ）程度とされている。そして、電極端子２５の後端２５ｂが、面取り２８における素子先端側に位置する端２８ａよりも素子２１の長手方向に沿って寸法Ｓ１（例えば１．１ｍｍ）又は寸法Ｓ２（例えば２．０ｍｍ）素子先端側に位置して形成されている。なお、この寸法Ｓ１及び寸法Ｓ２は、素子２１の後端面２７と面取り２８の端２８ａとの長手方向に沿う寸法よりも長くなっている。これにより、本形態では、電極端子２５の後端２５ｂと面取り２８における素子先端側に位置する先端２８ａとの間に、比較的距離のある平坦な表面２６ｂａが存在することになる。なお、本形態のセンサ１は、このような素子２１が本体１１内に固定されている下部の半組立体１０１と、次に説明する、それ以外の部品からなる上部の半組立体１０２とを後述するように（図８参照）組み付けることで製造される。

すなわち、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が詳細には図示しないが、５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、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、それぞれが自身のバネ性によって素子２１の後端寄り部位２３を挟み付けるように、本体１１内に配置された絶縁材からなる筒状の端子金具保持部材７１内に配置されている。そして、各端子金具５１は、端子金具保持部材７１内に内挿された素子２１の各電極端子２５に、それぞれ電気的に接続されている。端子金具５１及び端子金具保持部材７１の詳細については後述するが、このように端子金具５１を内側に配置してなる端子金具保持部材７１は、本体１１に固定されたケーシングをなす外筒８１の内側に次のように固定されている。すなわち、端子金具保持部材７１は、その外周に形成されたフランジ７３を外筒８１の内側に固定された支持リング８０の上に支持させる一方、端子金具保持部材７１の上端にはリード線６１が通された弾性シール材（ゴム）８５が配置されており、弾性シール材８５の先端面が端子金具保持部材７１の上端に当接している。この弾性シール材８５は外筒８１の上端部の小径筒部８３を縮径するように圧縮することで、センサ１の後端部のシールを保持しつつ、外筒８５内に固定されている。

次に端子金具５１について、図１〜図６に基づいて詳述するが、本形態では、リード線６１に対応して５個の各端子金具５１を使用しており、いずれもその基本構成は同じであるが、本形態では、素子２１の一方（図２右）の側部表面２６に２つ形成された電極端子２５に接続されるものは、やや幅広の素材から形成されており、他方（図２左）の側部表面２６に３つ形成された電極端子２５に接続されるものは、やや幅狭の素材から形成されている。なお、本形態では、図５の左に示した３つの電極端子２５に押付けられる端子金具５１のうちの中央に位置するもののみ、図４に示した形状を呈しているが、その他の端子金具は図３に示した形状を呈している。

すなわち、端子金具５１のうち、図３に示したものは、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て形成されており、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支持部５５を備えており、この支持部５５の先端において、素子２１及び電極端子２５側に折り曲げられて折返し状をなすとともに素子２１側に向けて凸となす円弧状に湾曲する湾曲部５７を備えている。この湾曲部５７の折返された端部５８は支持部５５の中間部に当接して支持されるように形成されている。なお、端子金具５１は、その湾曲部５７の中間部が素子２１の電極端子２５に押付けられる部位（電極接続部）とされているが、同部位には電極端子２５側に突出するＶ字形をなす凸部５７ｂが形成されている。また、支持部５５の一側には端子金具保持部材７１内において横ずれを防止するための横ずれ防止バネ５９ａが設けられているとともに、支持部５５の先端の一側には位置決め用のフック５９ｂが設けられている。

また、図４に示した端子金具５１は、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と反対側に約１／４円弧状に曲げられた後、下向きに略真直ぐに延びる支持部５５を備えている。また、この支持部５５の先端において、素子２１及び電極端子２５側に折り曲げられて折返し状をなすとともに素子２１側に向けて凸となす円弧状に湾曲する湾曲部５７を備えている。この湾曲部５７の折返された端部５８は支持部５５に当接して支持されるように形成されている。また、その湾曲部５７の中間部が素子２１の電極端子２５に押付けられる部位（電極接続部）とされ、同部位には電極端子２５側に突出するＶ字形をなす凸部５７ｂが形成されている。なお、図４の端子金具５１は、端子金具保持部材７１により支持部５５の両側が支持され、横ずれの可動部が少ないため、図３に示したそれのように、横ずれ防止バネは５９ａが設けられていないが、支持部５５の先端の位置決め用のフック５９ｂは両側に設けられている。

なお、図３及び図４に示した端子金具５１のうち、湾曲部５７が特許請求の範囲における「折り返し部」に相当し、その端部５８が「当接部」に相当する。

このような端子金具５１は、図１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、対向する左右各側のものとも電極接続部をなす湾曲部５７が素子２１の後端寄り部位２３をバネ性によって挟み付けているとともに、各端子金具５１における凸部５７ｂが電極端子２５に押し付けられて、それぞれ電気的に接続されている。なお、このような端子金具５１はセンサ１として組み立てられ、素子２１の電極端子２５に押付けられて電気的に接続されているときは、凸部５７ｂが外側に押されて湾曲部５７を中心として端子金具保持部材７１内で横方向に圧縮状に弾性変形している。しかし、素子２１が挿入されるその組立前（端子金具の自由状態）には、図９の上の図に示したように、左右各側の各端子金具５１とも、それぞれ湾曲部５７が内側に大きく張り出しているか、対向する凸部５７ｂ相互が押付けあうようにされている。また、各端子金具５１は、自由状態において、湾曲部５７の後端側に位置する端部５８は、湾曲部５７が弾性変形を生じていないため支持部５５に当接しておらず、湾曲部５７は、自身の先端が支持部５５の先端に連結した１点支持の状態とされている。そして、詳しくは後述するが、このように端子金具保持部材７１内に配置され、対向する左右の各端子金具５１の内側に張り出している湾曲部５７相互の間に、素子２１をその後端２７から挿入することで、端子金具５１における湾曲部５７を外側に押し広げるように弾性変形させ、端子金具５１と素子２１の電極端子２５間の電気的接続が確保されている。

さて次に前記した端子金具５１を内部に配置している端子金具保持部材７１及び端子金具５１が配置されている状態について詳述するが、その前に、端子金具保持部材７１の構造、形状等について詳述する。この端子金具保持部材７１は、本例ではアルミナからなり円筒状に形成されている。そして、その外側には上記したフランジ７３を備えており、その内側には、図７に示したように、横断面の中央に、素子２１がその長手方向に沿って挿入可能の素子挿入用空孔７２及びこの空孔を左右に挟む配置で各端子金具５１が配置される端子金具挿入用凹溝７５ａ〜７５ｅがセンサ１の軸線Ｇ方向に沿って形成されている。この端子金具挿入用凹溝７５ａ〜７５ｅは一方の側（図７左）に３箇所設けられており、他方の側には２箇所設けられており、それぞれに端子金具５１が軸線方向に沿って、湾曲部５７を内側（軸線寄り部位）にして収まるように形成されている。凹溝７５ａ〜７５ｃの各間には、端子金具５１が相互に絶縁が保持されて配置されるように絶縁用仕切り壁（絶縁リブ）７６が軸線Ｇ方向に沿って形成されている。また、凹溝７５ｄ，７５ｅの間には、端子金具５１が相互に絶縁が保持されて配置されるように絶縁用仕切り壁（絶縁リブ）７７が軸線方向に沿って形成されている。なお、向かい合う仕切り壁７６、７７の横断面（図７）における端面相互の間の寸法Ｌ１が、素子２１の厚みＴより若干大きめに設定されている。また、素子挿入用空孔７２における素子２１の厚み面に対応する部位には軸線Ｇ向に沿って横断面が台形をなす凸条部７８が形成され、この対向する凸条部７８相互の間の寸法Ｌ２が素子２１の幅Ｗより若干大きめに設定されている。なお、各側の端子金具挿入用凹溝のうち、凸条部７８の側部に対応する部位は、上記した端子金具５１における横ずれ防止バネ５９が嵌り込む凹部７９をなしている。また、端子金具保持部材７１の先端面７４には、端子金具５１の先端寄り部位に形成されたフック５９ｂが係合する係合用凹部７４ｂが切り込み状に形成されている（図８参照）。

しかして、このような端子金具保持部材７１の端子金具挿入用凹溝７５ａ〜７５ｃに、その後端（図１上端）側から、リード線６１の先端に端子金具５１のリード線接続部５２をカシメによって接続した端子金具５１を通して先端側に引き出し、各端子金具５１の先端のフック５９ｂを保持部材７１の先端７４の係合用凹部７４ｂに嵌るようにし、そしてリード線６１を後端側に引き戻す。こうして、各端子金具５１は端子金具保持部材７１内に絶縁を保持して位置決め配置されるが、この段階（端子金具５１が自由状態にあるとき）では、左右各側の各端子金具５１とも、それぞれ湾曲部５７が内側に張り出しており、しかも、左右の各端子金具５１の内側に張り出している湾曲部５７相互の間隔は素子２１の厚みより小さいものとなっているか、湾曲部５７相互が押し合うようにされている（図９参照）。なお、リード線６１には端子金具５１とともに予め圧縮前の弾性シール材（ゴム）８５を通しておき、弾性シール材８５は端子金具保持部材７１の上端に載置させておく。また、このような端子金具保持部材７１の外周にはその先端側から支持リング８０を外嵌してフランジ７３に当接するようにし、外筒８１を図示上から下に被せるようにし、外筒８１の中間部位を絞り込み、内側の支持リング８０の外側を絞り込むことで端子金具保持部材７１を外筒８１内に先端側への動きを規制して固定する。

かくして、端子金具保持部材７１、端子金具５１及び外筒８１等からなる上方の半組立体１０２を得た後、図９に示したように、この半組立体１０２と、上記した下方の半組立体１０１とを同軸状に配置する。そして下方の半組立体１０１において突出する素子２１の後端寄り部位２３を、複数の端子金具５１を内側に絶縁を保持して配置してなる端子金具保持部材７１内の対向する端子金具５１相互間に相対的に挿入する。このとき、端子金具保持部材７１の内側に位置決めして配置された端子金具５１は、その内側にて対向する湾曲部５７が自由状態（素子の挿入前）においては相互の間隔が素子２１の厚みより小さいか、湾曲部５７相互が押し合うようにされているが、先端側に向かうに従って湾曲部５７が離間して外広がり状態をなしていることから、これが素子２１の後端２７の挿入開始時におけるガイドをなすようにされている。かくして、素子２１の後端寄り部位２３が端子金具保持部材７１内に配置された各端子金具５１の対向する湾曲部５７の間に挿入されることで、端子金具５１のそれぞれの湾曲部５７が外側に押し広げられるように弾性変形してセンサ素子２１の側部表面の各電極端子２５に押付けられて接続される。なお、各端子金具５１は、素子２１の挿入に伴い湾曲部５７が弾性変形し、その端部５８が支持部５５に当接する。このため、端子金具５１の素子２１への組み付けの完了後においては、端子金具５１の湾曲部５７は支持部５５に対して２点支持の状態になるため、湾曲部５７を素子２１の電極端子２５に強固に押し付けることができ、安定した接続状態を得ることができる。

そして、この挿入後において、外筒８１の先端を金具本体１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌し、その下方の大径筒部８２の先端寄り部位を金具本体１１の円筒部１５に対して径方向内側に加締める。そして、外筒８１における弾性シール材８５の外側部位を径方向内側に加締めることで、弾性シール材８５を圧縮変形させて外筒８１に固定する。このとき、端子金具保持部材７１は、弾性シール材８５と支持リング８０との間で挟持され、外筒８１内で保持される。次いで、大径筒部８２の先端寄り部位と金具本体１１の円筒部１５との加締め部に全周レーザ溶接を行い図１のセンサとなる。

しかして、素子２１の挿入においては、同素子２１に、上記したようにその後端面２７と電極端子２５のある側部表面２６とのなす角に面取り２８が付けられているとともに、電極端子２５は素子後端側に位置するその後端２５ｂが面取り２８よりも素子先端側に位置して形成されており、しかも電極端子２５の後端２５ｂと、面取り２８における素子先端側に位置するその先端２８ａとの間に平坦な表面２６ｂを存在させたものを使用している。一方、素子２１の後端寄り部位２３の挿入においては、図１０に示したように、その角の面取り２８が端子金具５１の湾曲部５７に衝突し、端子金具５１の湾曲部５７が面取り２８を乗り越える過程においてその挿入抵抗が大きくなり、その際に発生する大きな力が面取り２８の先端２８ａに直接及ぶことになる。しかし、本形態では、電極端子２５の後端２５ｂが面取り２８の先端２８ａに露出していないため、そのような大きな力が電極端子２５の後端２５ｂに直接及ぶことはない。すなわち、本形態では端子金具５１が面取り２８を乗り越えた後、素子２１の平坦な表面２６ｂに至った後のその挿入抵抗が急減してから、電極端子２５に端子金具５１による力が及ぶが、その力は急減しているため、電極端子２５が損傷したり剥離することを防止できるのである。

このように本形態では端子金具にバネ性の強いものを用いたとしても、電極端子２５が損傷を受けることが防止されるため、電気的接続の信頼性が高い端子接続構造が得られる。なお、本形態では、端子金具５１における電極端子２５に接触する部位に凸部５７ｂを設けたため、電極端子２５に対する端子金具５１の素子２１の挿入後における端子接続構造において、その凸部５７ｂが素子２１の電極端子２５に局所的或いは集中的に当たるために接触面圧が高められることから、電気的接続の安定性ないし確実性を高めることができる。

さらに、本形態では、各端子金具５１を素子２１の後端から先端側に向かって移動させて両者を組み付けるにあたり、端子金具２１の湾曲部５７の先端が素子２１の面取り２８の先端よりも先端側に移動されるまでは、湾曲部５７の端部５８は支持部５５に接触しないように、面取りの寸法、端子金具の形状や寸法が適宜調整されている。そして、これらの端子金具５１は、図１０に示すように、湾曲部５７の先端が素子２１の面取り２８の先端よりも先端側に移動した後に、湾曲部５７の端部５８が支持部５５に当接し、湾曲部５７が支持部５５に対して２点支持とされた状態で素子２１に組み付けられるように構成されている。このような構成の端子金具５１を用いることで、端子金具５１と素子２１との組み付け時において、湾曲部５７が、支持部５５に対して２点支持とされた状態で面取りを乗り越えて素子２１の先端側に移動する距離を短めにすることができる。従って、湾曲部５７が支持部５５に対して２点支持とされた状態で素子２１に強固に接続され得る端子金具５１を素子２１に組み付ける場合にも、素子２１に面取り２８を付けた効果と相俟って、素子２１の電極端子２５が損傷するのを防ぐことができる。

上記形態においてセンサ素子２１の後端面２７と電極端子２５のある表面２６とのなす角に付与した面取りはＣ０．１〜Ｃ０．５として具体化したが、これは挿入を容易とする範囲で適宜のものとすることができる。また、必ずしも４５度傾斜面取りである必要はなく、適宜の角度の傾斜面取りとする場合においても具体化できるし、傾斜面取りでなく円弧状の面取りとする場合においても具体化できる。

また、上記においては、素子２１における電極端子２５を一方の側部表面に２個、他方のそれに３個設けたものとして具体化したが、本発明はこの数に関係なく具体化できることは言うまでもない。また、素子の両側に配置された端子金具が素子の両側（側部表面）を挟み付ける形態の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。例えば素子の電極端子が素子の一方の側部表面（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。

また、上記形態では端子金具５１のうち、電極端子２５に接触する部位に凸部５７ｂを設けたが、それがない場合であっても同様に具体化できることはいうまでもない。すなわち、端子金具の形状ないし構造は適宜に設計変更して具体化できる。そして、上記した端子金具では、リード線の端部から先端側に向かって延ばした後で内側（素子側）へ折り返して自由端を素子側に設け、その自由端のある内側に素子の電極端子に接する部位を設けたが、図１１に示した端子金具５１のように形成し、自由端を湾曲部５７の先端において外側に向けて折り返すようにすることで、素子２１とは反対側に設けたものとしても具体ができる。なお図１１は、図９中の拡大図に対応するもので、端子金具５１の形状を変えたことによって端子金具保持部材７１を若干、設計変更しているが、基本的に異なる点はないので、同一部位には同一の符号を付すに止める。いずれにしても、端子金具は、これらのものに限定されるものでなく、適宜の形状のものにおいて本発明は具体化できる。すなわち、本発明は、素子を、その後端側からセンサ素子の長手方向に相対的に挿入することによって、端子金具のそれぞれが弾性変形してセンサ素子の側部表面の各電極端子に押付けられて接続されてなる端子接続構造を有するセンサにおいて広く適用できる。

また、端子金具を内側に絶縁を保持して配置してなる絶縁材からなる端子金具保持部材についても、適宜の構造、形状のものとして具体化できる。この他、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。なお、上記においては全領域空燃比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、その他のセンサ（酸素センサ、ＮＯｘセンサ、温度センサなど）においても具体化できる。

本発明のセンサの実施の形態の正面縦断面図及び要部拡大図。素子の中間省略拡大図であって、Ａは側面図、ＢはＡを左から見た図、ＣはＡを右から見た図。端子金具の拡大図。端子金具の拡大図。図１のＡ−Ａ線拡大断面図。端子金具保持部材内に端子金具を配置したその先端面拡大図。図５において端子金具を除去したときの端子金具保持部材の横断面図。端子金具保持部材の先端面拡大斜視図。図１のセンサの組立工程の説明用正面縦断面図及び要部拡大図。素子を挿入する過程の説明用拡大図。別の実施の形態の要部拡大図。従来の端子接続構造において素子の挿入を説明する図。後端に面取りを付けた素子による挿入過程を説明する図。

符号の説明

１センサ
２１センサ素子
２１ａ検出部
２３素子の後端寄り部位
２５素子の電極端子
２５ｂ電極端子の後端
２６素子の側部表面
２６ｂ素子の平坦な表面
２７素子の後端
２８面取り
２８ａ面取りの先端
５１複数の端子金具
５５支持部
５７湾曲部（折り返し部）
５８端部（当接部）
５７ｂ凸部
７１端子金具保持部材
Ｓ１，Ｓ２電極端子の後端と面取りの先端との間の素子の長手方向に沿う寸法

Claims

複数の端子金具を内側に絶縁を保持して配置してなる絶縁材からなる端子金具を端子金具保持部材内に、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側部表面に複数の電極端子を備えてなる長寸のセンサ素子の後端側が配置され、前記端子金具のそれぞれが弾性変形して該センサ素子の側部表面の各電極端子に押付けられてなるセンサにおいて、
前記センサ素子に、その後端面と前記電極端子のある側部表面とのなす角に面取りが付けられている一方で該電極端子は素子後端側に位置するその後端が前記面取りよりも素子先端側に位置しており、しかも、該電極端子の後端と、該面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間に平坦な表面が存在しており、
前記平坦な表面における前記電極端子の後端と該面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間の前記センサ素子の長手方向に沿う寸法を、０．５ｍｍ以上としたことを特徴とするセンサ。
前記平坦な表面における前記電極端子の後端と前記面取りにおける素子先端側に位置するその先端との間の前記センサ素子の長手方向に沿う寸法が、該面取りにおける前記先端と前記センサ素子の前記後端面との間の長手方向に沿う寸法よりも長くなっていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
前記各端子電極における前記各電極端子に押付けられている部位にその電極端子側に突出する凸部が形成さ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。
前記各端子金具は、長手方向に沿って延びる支持部と、前記支持部の先端から折り曲げられて長手方向後端側に向かって延びる折り返し部とを含み、かつ前記折り返し部のうち前記支持部に連結される端部よりも後端側に、該支持部に当接する当接部を有するものであり、
さらに前記各端子金具は、前記センサ素子に組み付けられる前の自由状態では、前記当接部は前記支持部に当接しないように構成される一方、これら端子金具を前記センサ素子の後端から素子先端側に向かって移動させつつ、前記折り返し部の先端を前記面取りにおける素子先端側に位置するその先端よりも先端側に移動させることにより、前記折り返し部が前記支持部に向かって弾性変形して前記当接部が前記支持部に当接するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ。
前記各電極端子の厚みは１０〜３０μｍにあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ。