JP4801181B2

JP4801181B2 - センサ

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Publication number: JP4801181B2
Application number: JP2009068460A
Authority: JP
Inventors: 誠久米; 登松井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010223615A

Description

本発明はセンサに関し、詳しくは、例えば内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するための酸素センサやＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等のガスセンサや排気ガスの温度を検出するための温度センサ等のセンサに関する。

従来、自動車の空燃比制御に、排気ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するセンサ素子を備えたガスセンサが使用されている（特許文献１）。図１８は、このようなガスセンサ（以下、センサとも言う）１を示したものである。このガスセンサ１は、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質よりなるセンサ素子（以下、単に素子ともいう）２１と、この素子２１を保持するための主体金具（金具本体）１１と、この主体金具１１の後端（図示上端）側に包囲状に設けられた金属製の保護筒（外筒）８１などから構成されている。そして、保護筒８１内には、端子包囲部材（セパレータともいわれる）７０が配置されている。なお、本明細書において、センサ又はその構成部品若しくは部位（部分）に関して、「後端」というときは、図１８のセンサ、構成部品等に関する上端をいい、「先端」というときは、その逆の端（下端）をいうものとする。

上記構成のセンサ１において、端子包囲部材７０は、セラミック等の電気的な絶縁材からなり、図１８に示したように、内部には、先後に真っ直ぐに貫通するよう形成された端子用空孔（以下、単に空孔ともいう）７５を備えている。そして、その空孔７５は、各端子金具５１が位置決め収容され、保護筒８１内面と、さらには端子金具５１相互間の絶縁が保持されるように区画されている（図１９参照）。端子金具５１は、各空孔７５において、先端の板バネ部である端子接続部５３を、それ自身のバネ性によって、端子包囲部材７０の中心に位置する素子２１の側面２４に設けられた各電極端子２５に押付けて、その電気的な接続を確保している。また、端子金具５１は、端子接続部５３から中継線部５５を介してその後端に位置する圧着部（バレル）５７をかしめて、リード線６１の先端（芯線部）に接続されている。そして、各リード線６１は、保護筒８１内に配置されたシール用弾性部材１０１に貫通、形成されたリード線挿通用の貫通孔（空孔）１０５を通されて外部に引き出されている。

上記従来のセンサ１において、センサ素子２１は、長寸の平板状（帯板状）のものであり、その後端寄り部位の対向する両側面（対向する２つの主たる板面）２４，２４のうち、各側面（片面）には、例えば、３つの電極端子２５が、横に並んで設けられている。なお、同図において、他（反対側）の一側面には２つの電極端子２５が、横に並んで設けられている。一方、各端子金具５１は、これらの電極端子２５の配置に対応するようにして横に並ぶ形で端子包囲部材７０内に区画、形成された各空孔７５内に配置されており、それぞれの端子接続部５３のバネ性によって、素子２１の各電極端子２５に押付けられて電気的に接続されている（図１８参照）。なお、このセンサ１では、各端子金具５１の圧着部５７はそのカシメ片５８を、素子２１側（図１８の軸線Ｇ側）に折り曲げてリード線６１の先端を圧着している。

ところで、上記構成のセンサ１において端子金具５１は、前記したように、端子包囲部材７０内で横に並ぶ各空孔７５内に配置されている（図１９参照）。したがって、端子金具５１の後端の各圧着部５７に接続されて後方に引き出されるリード線６１も、各圧着部５７から同様の横並びの配置で、後方に延びる形で引き出されている。このため、各リード線６１が通されているシール用弾性部材１０１の貫通孔１０５も、軸線Ｇ方向（センサの後端）から見ると、図１９に示した各空孔７５の配置に対応する配置であけられていた。

他方、シール用弾性部材１０１は、保護筒８１の後端寄り部位のシール用筒部８３内に配置されているが、そこでのシールを保持するため、そのシール用筒部８３は外周面から縮径状にかしめられている。そして、シール用弾性部材１０１は、このかしめによる径方向の圧縮により、各リード線６１を挿通している貫通孔１０５内におけるシールを保持している。このようなリード線６１のシール構造においては、各貫通孔１０５に通されるリード線６１が均等に効率よく圧縮されるのが好ましい。そして、そのためには、シール用弾性部材１０１が通常、横断面（センサの後端側から見た形状）が円形であることからして、その各貫通孔１０５は、図２０に示したように、その円と同心の一円周（仮想円周）上に、等角度間隔又はそれに近い配置で設けられるのが好ましいといえる。

したがって、図１８のセンサ１のように、素子２１の電極端子２５がその一側面（片面）２４に３つ横に並んで設けられているものでは、その中央の電極端子２５に接続される端子金具５１の後端の圧着部５７は、その両側の端子金具の後端の圧着部５７より、図１８において外側（図示右寄り部位）に設けられるのが好ましい。すなわち、図２０に示したシール用弾性部材１０１における貫通孔１０５の配置と同様の配置となるように設けられるのが好ましい。一方、このようにするためには、その中央の端子金具５１についてみると、例えば、端子接続部５３と圧着部５７との間の中継線部５５を半径外方に、クランク状に屈曲させるか、或いは圧着部５７をなすカシメ片５８を外向きにするなどして、後端の圧着部５７を外方に偏心（偏在）させるようにする必要がある。

特開２００７−４７０９３号公報

ところが、後端の圧着部５７を外方に偏心させるとすると、端子包囲部材７０の各空孔７５のうち、その中央の端子金具５１が配置される空孔７５の後端寄り部位を、先端寄り部位に対して端子金具の形状に合わせて外方にクランク状に屈曲させるなど、空孔７５を真っ直ぐの穴構造から複雑構造に変更する必要がある。しかし、このような構造とする場合には、端子包囲部材７０自体の内部構造が複雑化する。

そこで考えられるのは、端子包囲部材７０を、先端側包囲部材と後端側包囲部材とに先後に二分割し、先端側包囲部材の後端面と、後端側包囲部材の先端面とを突き合せて１つの端子包囲部材を構成するということである。このように２つの部材の組合せからなる１つの端子包囲部材とすれば、内部の空孔の構造や、その空孔内に配置する端子金具の形状、構造の設計の自由度が高められるため、前記課題も解消できる。すなわち、空孔を軸線に平行に真っ直ぐに延びるように形成するとしても、後端側包囲部材に設けられる空孔を、先端側包囲部材に設けられるそれに対して、適宜、外方に偏心させて設ければよいためである。しかも、このように二分割構造とすれば、両者の突合せ部において、例えば端子金具の一部を挟ませることも可能となり、端子金具が先後に動くことも防止できるといった別のメリットも得られる。

しかし、このように端子包囲部材を、先後に二分割して１つの端子包囲部材を構成する場合には、次のようなデメリットもある。というのは、端子包囲部材が２つの部材の組み合わせとなることから、センサが自動車に取付けられて使用されることで種々の振動を受けることを考慮すると、保護筒８１内に配置された場合にはその位置が不安定となりやすいからである。すなわち、このような構成とする場合には、先端側包囲部材に対し、後端側包囲部材が相対的に軸線回りに回転するように動いたり、或いは、両者が相対的に横方に心ズレ状に動く危険性がある。そして、このような動きがあると、その内部の端子金具も動くことから端子金具が変形する可能性があり、また、素子の電極端子との導通不良（接触不良）を招くなど、電気的接続の信頼性が低くなる危険がある。

本発明は、センサ内に配置される端子包囲部材を、先後に分割して二分割構造とすることで、端子包囲部材内の空孔の構造や、その空孔内に配置する端子金具の形状、構造の設計の自由度が高められるようにするとともに、二分割構造としても、その一方が他方に対して相対的に軸線回りに回転したり、さらには、その一方が他方に対して軸線が横ずれするように動くのを防止できるようにして、端子包囲部材内に配置される素子の電極端子と端子金具との電気的接続の信頼性が低下する危険性を小さくすることにある。

上記課題を解決するための請求項１に記載の本発明は、センサ自身の先後方向に延び、複数の電極端子を備えたセンサ素子と、このセンサ素子の各電極端子に対し、端子接続部が押付けられて接続された複数の端子金具と、この複数の端子金具を先後に貫通する各空孔内に配置させ、かつ包囲するように形成された絶縁材からなる端子包囲部材と、前記端子金具に接続されてセンサ自身の後端から外部に引き出されてなるリード線とを有してなるセンサにおいて、
前記端子包囲部材を、先端側包囲部材と後端側包囲部材とに先後に分割し、該先端側包囲部材の後端面と該後端側包囲部材の先端面とを突き合せて構成し、
前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面とが突き合されている状態において、前記先端側包囲部材と前記後端側包囲部材とが、そのいずれか一方に対して他方が、センサの軸線回りに相対的に回るのが防止され、しかも、そのいずれか一方に対して他方が、センサの軸線と垂直な方向にずれるのが防止されるように、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が１又は複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が１又は複数形成されており、
さらに、前記端子金具のうちの少なくとも１つは、前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面との間に挟まれる部位に、側方に突出する突出片部が設けられており、
該突出片部を、前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面との間に挟ませたことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が１又は複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が１又は複数形成されている、ことに代えて、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が複数形成されている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、
前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部が、前記先端側包囲部材の外周面を切欠く形で形成されていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載のセンサである。

上記構成の本発明のセンサにおいては、端子包囲部材が、先端側包囲部材の後端面（以下、単に後端面ともいう）と、後端側包囲部材の先端面（以下、単に先端面ともいう）とが突き合されてなる２分割構造のものとされているが、上記のような嵌合構造を有している。このため、その嵌合状態においては、両部材が相対的に軸線回りに回ることもなく、しかも、両部材が相対的に横ずれするような動きも防止されている。これにより、前記端子包囲部材の内部に配置されている端子金具の変形や、素子の電極端子に対する端子金具の接触不良といった電気的接続の信頼性が低下する危険性も小さくできる。

すなわち、本発明のセンサにおいては、端子包囲部材を２分割構造としつつも、端子金具の変形や、素子の電極端子と端子金具との電気的接続の信頼性を損なうことがないため、端子包囲部材自体やその内部の空孔の形状、構造、さらにはその空孔内に配置される端子金具の形状、構造の設計の自由度が高められる。

ところで、先端面及び後端面に形成された凹部または凸部が１箇所ずつ設けられ、（例えば、先端面に凹部が一箇所、後端面に凸部が一箇所）且つ、凹部及び凸部がきっちり嵌り合う場合、両部材が相対的に軸線回りに回ることなく、且つ相対的に横ずれすることを防止できる構成として、特定の凹部や凸部の形状を選択することとなる。例えば、先端側包囲部材に凹部が形成されるとして、先端側包囲部材を後端側から見たときに、凹部が先端側包囲部材の外周面に露出しない場合は、楕円や多角形を選択し、凹部が先端側包囲部材の外周面を切り欠く形で設けられる場合は、先端側包囲部材の外周面側の部位がそれより中心側の部位よりも窄まる形状（例えば、楕円、台形状、扇形状等）を選択することになる。しかしながら、先端面及び後端面に形成された凹部または凸部が複数形成され、且つ、凹部及び凸部がきっちり嵌り合う場合、凹部や凸部の形状が特定されることなく、両部材が相対的に軸線回りに回ることなく、且つ、相対的に横ずれすることを防止できる。さらに、後端面に対し、先端側包囲部材の外周面を切り欠く形で凹む凹部、又は隆起状をなす凸部を形成し、先端面に対し、前記の凹部又は凸部に嵌合する凸部又は凹部を形成することで、端子金具を挿通させる空孔の配置に影響を与えることなく、しかも容易に包囲部材を作成することができる。

また、端子金具に突出片部を設けて、その突出片部を、先端側包囲部材の後端面と後端側包囲部材の先端面との間に挟ませることもできる。しかも、このような構成とした場合には、端子金具が先後に動くことを効果的に防止できるという顕著な効果が得られる。

本発明のセンサの実施の形態例を示す正面縦断面図、及び要部拡大図。図１中の端子包囲部材を含む要部の拡大図、及び同図中のセンサ素子の右又は左側面図。図１のセンサに用いられている先端側包囲部材と後端側包囲部材とを説明する図であって、下が先端側包囲部材を後端側から見た斜視図で、上が後端側包囲部材を先端側から見た斜視図。図１のセンサに用いられている先端側包囲部材と後端側包囲部材とを説明する後端側から見た分解斜視図。図１のセンサに用いられている先端側包囲部材を後端面側から見た図。図５の先端側包囲部材の空孔を説明する先端側包囲部材の横断面図。図１のセンサに用いられている後端側包囲部材を先端面側から見た図。図７の後端側包囲部材の空孔を説明する、端子金具を空孔内に配置した後端側包囲部材の横断面図。先端側包囲部材の後端面の凹部に、後端側包囲部材の先端面の凸部を嵌合させて突き合せる工程を説明する図。先端側包囲部材に素子及び端子金具を配置した状態を後端面側から見た図。図１のセンサを構成する端子包囲部材と端子金具を説明する分解斜視図。端子包囲部材の別例を説明する図であって、Ａは後端側包囲部材を先端面側から見た図、Ｂは先端側包囲部材を後端面側から見た図。端子包囲部材の別例を説明する図であって、Ａは後端側包囲部材を先端面側から見た図、Ｂは先端側包囲部材を後端面側から見た図。端子包囲部材の別例（凹部、凸部をそれぞれ１箇所とした形態例）を説明する図であって、Ａは後端側包囲部材を先端面側から見た図、Ｂは先端側包囲部材を後端面側から見た図。図１のセンサを組立てる工程を説明する図。図１のセンサを組立てる工程を説明する図。図１のセンサを組立てる工程を説明する図。従来のセンサを説明する正面縦断面図、及び同図中のセンサ素子の側面図。図１８のＡ−Ａ線における端子包囲部材の横断面図。シール用弾性部材に設けるべきリード線挿通用の貫通孔の配置を示す図。

本形態のセンサ１について、図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。本発明の要部はセンサ内の端子包囲部材を先後に２分割とし、かつ、それらが上記のような嵌合構造を有するものとした点にあるが、以下、センサ１の全体構成も含め、センサ全体を示す図１及び端子包囲部材を説明する各図に基づいて詳細に説明する。すなわち、本形態のセンサ１は、筒状をなす主体金具１１（以下、単に本体１１ともいう）の内側に、先端側（図示下端側）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帯板状のセラミック製のセンサ素子２１が配置され、気密を保持して固定されている。主体金具１１は、その内周面が先端（図１の下端）から後端に向けて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（図示せず）への取付け用のネジ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を気密を保持して固定する気密保持、固定手段が充填状に設けられている。この気密保持、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、シール材（本例では滑石）３２、３３が順次配置されている。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スリーブ３５の後端を先端側に圧縮し、内部のシール材３２、３３等を圧縮することで、素子２１を主体金具１１の内側に気密状に固定している。

このように固定されている素子２１は、検出部２１ａのある先端側を本体１１の先端面より所定量（長さ）突出させており、後端（図１の上端）寄り部位２３を本体１１の後端およびスリーブ３５の後端面より所定量（長さ）突出させている。また、このような素子２１の先端（検出部２１ａ）には、その周囲を包囲するように、複数の穴（通気孔）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が被せられており、本体１１の先端に外嵌されて固定されている。なお、本体１１の軸線（中心軸線）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を排気管（図示せず）へねじ込むための多角形部（工具係合部）であり、この下面にはシール用のガスケット２０が取着されている。

このように本体１１内に配置して固定された素子２１のうち、スリーブ３５の後端（図示上端）から突出している後端寄り部位２３の両側面２４，２４には、それぞれ複数（例えば３つ）の電極端子（メタライズ層）２５が横に並んで形成されている（図２の右図参照）。ただし、本例では、両横端に位置する電極端子２５に対し、その中央に位置する電極端子２５が後方（図示上）に位置し、それらは互いに先後（図示上下）に重ならない位置に形成されている。これらの電極端子２５は、検出部２１ａ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り、素子２１と同時焼成で形成されている。

以上、説明したのは本形態のセンサ１のうち、素子２１を含む先端側の略半分（図１の略下半分）であり、図１７の左下に示したように、素子２１が本体１１内に固定されている素子側半組立体２０１の部分に相当する。本形態のセンサ１は、この素子側半組立体２０１と、センサ１の後端側の略半分（図１の略上半分）であり、図１７の右上に示したところの、本発明の要部をなす端子包囲部材７０を含む端子金具側半組立体３０１とを、後述するように組み付けることで製造される。次に、この端子包囲部材７０を含む端子金具側半組立体３０１を構成するセンサ１の後端側部分について詳細に説明する。

すなわち、センサ１の後端側には異径円筒形状の保護筒８１が配置されており、その内側であって、素子２１の後端寄り部位２３には、絶縁材（セラミック）からなる円筒状又は円柱状の端子包囲部材７０が、主体金具１１の軸線Ｇと軸線を同心として配置されている。次に、この端子包囲部材７０について、図２〜図１０を中心として詳細に説明する。なお、詳しくは後述するが、この端子包囲部材７０内には、端子金具５１ａ，５１ｂが配置されており、その端子接続部をなす端子接続部５３がバネ性にて素子２１の各側面２４の各電極端子２５に押付けられ、それぞれ電気的に接続されている。

本形態のセンサ１を構成し、保護筒８１内に同軸状に配置されている端子包囲部材７０は、図２等に示したように、先端側に位置する先端側包囲部材７１と、後端側に位置する後端側包囲部材２７１とに先後に分割されている。この両包囲部材７１，２７１はそれぞれ円筒状又は円柱状をなしており、先端側包囲部材７１の後端面７３と後端側包囲部材２７１の先端面２７３とを突き合せて構成されている。

このうち、先端側包囲部材７１の後端面７３には、先端側に凹む（陥没する）ように形成された凹部７９が、先端側包囲部材７１の外周面を切欠く形で、後端面７３から見て軸線Ｇを挟む対称配置で２つ設けられている（図２〜図５参照）。ただし、この凹部７９は、平面視、すなわち後端側から見ると、図５に示したように、先端側包囲部材７１の中心（軸線Ｇ）側が狭い台形状（又は扇形）を呈している。なお、先端側包囲部材７１の内部には、中心部に素子２１を挿入可能の空孔部７６と、この空孔部７６を挟んで、端子金具挿通用の空孔７５を各側にそれぞれ３箇所有している（図５、図６参照）。そして、各側の端子用空孔７５は、図５、図６、図１０に示したように隣接して配置される各端子金具５１ａ，５１ｂ相互の絶縁が保持されるように、先後に延びる壁（隔壁）７８（図６等参照）で区画されている。なお、本形態では、後端面７３のうち、各側の中央の空孔７５の外方に対し、凹部７９とは別の陥没部（凹部）７７が形成されており、この陥没部７７には、詳しくは後述するが、３つの空孔７５のうち中央のそれに配置される端子金具５１ｂに設けられた突出片部５４が嵌り込むようにされている。また、本形態では、また、先端側包囲部材７１の後端部外周にはフランジ７４を突出状に備えている。

一方、後端側包囲部材２７１の先端面２７３には、前記した２つの各凹部７９にそれぞれ嵌合するように、先端側に向けて、所定高さで隆起（突出）するように形成された凸部２７９が設けられている。なお、後端側包囲部材２７１の内部には、両包囲部材７１，２７１が、その凹部７９に凸部２７９を嵌合させて突合せている状態において、先端側包囲部材７１の空孔７５内に配置された各端子金具における圧着部が配置可能の断面円形の空孔２７５が、先端側包囲部材７１の空孔７５の配置に対応して設けられている。ただし、本形態では、素子２１の各側面２４の中央の電極端子２５に接続される端子金具５１ｂの圧着部５７ｂを配置する空孔２７５は、後端側包囲部材２７１の軸線Ｇから離間する外方に、先端側包囲部材７１の空孔７５より偏在して設けられている。

このような本形態におけるセンサ１の端子包囲部材７０は、図２、図９（右図）等に示したように、先端側包囲部材７１の後端面７３と、後端側包囲部材２７１の先端面２７３とを突き合せて構成されていると共に、その後端面７３に設けられた凹部７９に、先端面２７３に設けられた凸部２７９が嵌合する嵌合構造を有している。この嵌合時において、先端側包囲部材７１と、後端側包囲部材２７１との各軸線Ｇは一致するように設定されている。これにより、先端側包囲部材７１と後端側包囲部材２７１とは、そのいずれか一方に対して他方が、センサ１内において、両者の中心軸線Ｇの回りに相対的に回るのが防止されている。また、先端側包囲部材７１と後端側包囲部材２７１の両者の軸線Ｇが偏心するように横にずれるのも防止されている。

また、本形態のセンサ１においては、先端側包囲部材７１の中心の空孔部７６内に素子２１の後端寄り部位が内挿され、上記のような嵌合状態で突き合わされている両包囲部材７１、２７１の内部の空孔７５、２７５内に対し、各端子金具５１ａ，５１ｂが配置されている。これら各端子金具５１ａ，５１ｂは、それらの各端子接続部５３を素子２１の電極端子２５にバネ性で押さえつけ、その電気的接続が確保されている。すなわち、本形態では、図１、図２の中心軸線Ｇを挟んで左右に、それぞれ３個の端子金具が、端子包囲部材７０内において、素子２１を挟んで、その各側面（図１，２の左右側）２４側に配置されている（図１０参照）。そして、各電極端子２５に端子接続部５３がバネ性で押さえつけられている。

なお、本形態では、図１、図２における右側に示した端子金具５１ｂに対し、突出片部５４が設けられている。そして、この突出片部５４が、先端側包囲部材７１の後端面７３と後端側包囲部材２７１の先端面２７３との間に挟まれる構成とされている。ただし、上記もしたように、先端側包囲部材７１の後端面７３には、凹部７９とは別個に設けられた陥没部７７が形成されており、この陥没部７７に、図２、４、１０等に示したように、端子金具５１ｂの突出片部５４が嵌り込まされている。すなわち、両包囲部材７１，２７１が各端面７３，２７３で突き合わされている状態において、端子金具５１ｂの突出片部５４がこの陥没部７７に嵌り込むように構成されている。これにより、この端子金具５１ｂは、端子用空孔７５内で先後方向に延びる仮想軸（図示せず）の回りに回るのが規制され、しかも、端子包囲部材７０に対し、後方へも先方へもその移動が防止されている。

なお、各端子金具５１ａ，５１ｂは、先後方向に延びる端子金具本体（中継線部）５２の先端で、素子２１側（図１，２において軸線Ｇ側）において凸となす円弧形を呈するように折り返し状に曲げられ、バネ性を有する端子接続部５３をなしている。そして、各空孔７５内において各端子接続部５３を、そのバネ性を利用して素子２１の各側面２４の電極端子２５に押付けることで、その電気的接続が確保されている。なお、端子金具５１ａ，５１ｂは、本例では、素子２１を挟む各側の端子用空孔７５のうち、素子２１の幅方向の両側（両横端）に配置される端子金具５１ａと、中央に配置される端子金具５１ｂとが異なるものとされているのは上記した通りである（図１１等参照）。また、図１、図２では、軸線Ｇの左側に位置する端子金具５１ａが、両横端に位置する端子金具５１ａとして図示されており、軸線Ｇの右側に位置する端子金具５１ｂが、中央の端子金具５１ｂとして図示されている。なお、中央の端子金具５１ｂは他より短く形成されている。

さらに、素子２１の各側面２４において、その両横端に位置する端子金具５１ａ，５１ａの圧着部５７ａをなすカシメ片５８は、素子２１側（電極端子側）に折り曲げられてリード線（芯線先端）６１を圧着して接続している。一方、中央に位置している端子金具５１ｂの圧着部５７ｂをなすカシメ片５８は電極端子２５側と反対側に折り曲げられてリード線６１を圧着して接続している（図１，２、図１１参照）。なお、両横端に位置する端子金具５１ａ，５１ａは、それぞれ先端に、先端側包囲部材７１の先端面７１ａの溝状の凹部７１ｂに係止して後方への移動が止められるフック（ランス）５９をそれぞれ張出し状に備えている（図１１参照）。

このような本例センサ１では、各リード線６１は、保護筒８１の後端内にて径方向に圧縮されたシール用弾性部材１０１に貫通、形成された各貫通孔１０５を通されて金属製の保護筒８１の後端（図示上端）から外部に引き出されている（図１参照）。なお、各貫通孔１０５は、後端側包囲部材２７１の端子用空孔２７５と略同配置で形成されている。

また、図１に示したように、端子包囲部材７０をなす先端側包囲部材７１、後端側包囲部材２７１の周囲には、これらを包囲するように異径円筒状に形成された保護筒８１が配置されている。この保護筒８１は、その後端に軸線Ｇ側に向けて連なる環状の肩部８４を介して相対的に小径をなすように同軸で円筒状に形成されたシール用筒部８３を有しており、この筒部８３内にシール用弾性部材１０１を配置している。そして、この保護筒８１は、シール用筒部８３より大径をなす大径筒部８２を先端（図示下端）側に有しており、この先端を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌し、その外嵌部位の外周面を例えば加締め後に溶接して本体１１に固定している。

なお、本形態では、図１に示したように、保護筒８１の大径筒部８２における内周面と、先端側包囲部材７１の間の環状の空間には、縦断面において後端９３が内側に折り返し状に曲げられて環状をなす支持部材９１が同軸状に配置され、保護筒８１の内面に固定されている。この支持部材９１は、金属板（薄板）から略円筒状に成形され、それ自身の後端９３において内側に折り返し状に曲げられてなるバネ片９５を有している。そして、保護筒８１の大径筒部８２の中間部位８５をかしめて軸線Ｇ方向に向けて縮径状に変形させることで、その変形によりバネ片９５を先端側包囲部材７１の外周面７２ａに押付けて、保護筒８１内において先端側包囲部材７１を固定している。本形態では、その支持部材９１の後端（上端）９３の折り返し部が先端側包囲部材７１のフランジ７４の先端向き面に係止するように配置され、後端側包囲部材２７１の後端が保護筒８１内に固定されたシール用弾性部材１０１の先端向き面に係止するように配置され、突き合わされてなる端子部材包囲部材７０がセンサ１内で、先後へ移動するのが防止されている。

以上のように構成された本形態のセンサ１においては、次のような効果が得られる。すなわち、本形態のセンサ１を構成する端子包囲部材７０は、先端側包囲部材７１と後端側包囲部材２７１とが、その各端面７３，２７３において突き合わされていると共に、凹部７９と凸部２７９とで上記したように嵌合している。このため、その嵌合状態で両包囲部材７１，２７１が相対的に軸線Ｇ回りに回ることもなく、しかも、両包囲部材７１，２７１が相対的に横ずれするように動くこともなく、センサ１内にて安定して配置されている。したがって、両包囲部材７１，２７１内の各空孔７５，２７５内に配置されている各端子金具５１ａ，５１ｂが、その内部において動いて変形したり、素子２１の電極端子２５との電気的接続の信頼性が低下することもない。

しかも、端子包囲部材７０を先後における二分割構造としたことから、その内部の空孔７５、２７５の構造や、その空孔７５、２７５内に配置する端子金具の形状、構造の設計の自由度が高められる。すなわち、二分割構造としたことから、１つの端子包囲部材７０としてみたとき、その各空孔が先後にストレートでなくとも、問題なく形成できる。さらに、先端面２７３及び後端面７３に形成された凹部７９又は凸部２７９が、それぞれ複数形成されているので、凹部７９や凸部２７９の形状が特定されることなく、両部材が相対的に軸線回りに回ることを防止し、且つ相対的に横ずれすることを防止できる。

また、上記形態では、端子金具５１ｂに上記したような突出片部５４を形成し、その突出片部５４を両包囲部材７１，２７１の端面間に挟ませているため、それが端子包囲部材７０に対し、後方へも先方へも移動することも防止できる。加えて、本形態では、その端子金具５１ｂにおける突出片部５４は、単に端面間に挟まれているだけでなく、上記した陥没部７７嵌り込んでいるため、その端子金具５１ｂの後端、又はそれに接続されているリード線６１に、先後方向を軸（仮想軸）としてねじり作用がかかったとしても、端子金具５１ｂはそれが配置されている端子包囲部材７０の空孔内において、その仮想軸回りに回ることもない。なお、上記形態では、凹部７９を先端側包囲部材７１の後端面７３において、その外周寄り部位に、外周面を切欠く形で形成したため、端子金具を挿通させる空孔７５の配置に影響を与えることもなく、しかもその凹部７９の構造も外周面側に壁のない簡易な構造として具体化できるため、セラミック製とする場合に好適である。

上記形態では、先端側包囲部材７１の後端面７３に凹部７９を２箇所形成し、後端側包囲部材２７１の先端面２７３に凸部２７９を２箇所形成した場合で説明したが、逆に、先端側包囲部材７１の後端面７３に凸部を形成し、後端側包囲部材２７１の先端面２７３に凹部を形成してもよいことは、技術的に見て明らかである。また、例えば先端側包囲部材７１の後端面７３に凹部と凸部とを各１箇所設け、後端側包囲部材２７１の先端面２７３にこれらに嵌合する凸部と凹部を各１箇所設けてもよい。すなわち、本発明では、先後に２分割された先端側包囲部材の後端面と後端側包囲部材の先端面とが突き合されている状態において、その両者が、いずれか一方に対して他方が、それぞれの軸線回りに相対的に回るのが防止され、しかも、その両者が、そのいずれか一方に対して他方が、軸線と垂直な方向にずれるのが防止されるように、前記後端面と前記先端面とに形成された凹部又は凸部が互いに嵌合してなる嵌合構造を有していればよい。したがって、その嵌合構造をなす凹部又は凸部の各端面視（軸線方向から見たとき）における形状や凹部又は凸部の数は、１箇所でもよいし、３箇所以上でもよいなど、各端面の適所において適宜の設定で具体化できる。

具体的には、先端側包囲部材７１の後端面７３から見た凹部７９の形状は、図１２、１３の各図Ｂに示したように、円形、又は矩形としてもよいなど、適宜のものとして具体化できる。なお、図１２、１３の各図のＡは、後端側包囲部材２７１をその先端面２７３側から見た図であり、先端面２７３には、凹部７９に嵌合する凸部２７９が隆起状に形成されている。図１２、図１３中、凹部７９、凸部２７９以外は、上記の実施形態例で説明したのものと同じであるため、同一部位には同一の符号を付すに止、その説明を省略する。以下の例でも同様とする。また、図１３のＢに示したように、先端側包囲部材７１の後端面７３に形成した凹部７９を、その後方から見て矩形とし、かつ独立の穴とした場合で、後端側包囲部材２７１の先端面２７３に設ける凸部２７９を、図１３のＡに示したように、その矩形穴からなる凹部７９に略隙間なく嵌合するよう形成した場合には、凹部７９、凸部２７９はそれぞれ１箇所とすることも可能である。

さらに、上記形態のように、先端側包囲部材７１に凹部７９が形成されるとして、先端側包囲部材７１を後端側から見たときに、凹部７９が先端側包囲部材７１の外周面に露出しない場合は、楕円や多角形を選択できる。また、凹部７９が先端側包囲部材７１の外周面を切り欠く形で設けられる場合は、図１４に示すように、先端側包囲部材７１の外周面側の部位がそれより中心側の部位より窄まる台形状や、その他、楕円や扇形状等を選択することとなる。

なお、図１のセンサ１は、図１７の左下図の素子側半組立体２０１と、同図の右上図に示した端子金具側半組立体３０１とを別個に組立てて、組み付けることで製造されるが、その前に、端子金具側半組立体３０１の組み立てについて詳述すると次のようである（図１５、図１６参照）。すなわち、各リード線６１の端部（先端）を、シール用弾性部材１０１の各リード線挿通用の各貫通孔１０５を通すと共に、後端側包囲部材２７１に設けられた各端子用空孔２７５に通す。このとき、中央の端子金具５１ｂに接続するリード線以外のリード線６１は先端側包囲部材７１の各端子用空孔７５を通す（図１５の左側参照）。そして、各リード線６１の端部の芯線部に、各端子金具５１ａ，５１ｂの後端の圧着部５７ａ，５７ｂをなすカシメ片５８を上記したようにそれぞれ折り曲げて圧着して接続する（図１５参照）。このとき、図１５に示したように、いずれも端子接続部５３が素子２１の各面２４（軸線Ｇ）側を向くようにする。

そして、各端子金具の端子接続部５３を先端側包囲部材７１の各端子用空孔７５に上記の配置となるように通すとともに、端子金具５１ｂの突出片部５４を先端側包囲部材７１の後端面７３の陥没部７７に嵌り込ませる。そして、先端側包囲部材７１の後方に突出する圧着部５７ａ，５７ｂを後端側包囲部材２７１の各端子用空孔２７５に通すようにしつつ、先端側包囲部材７１の後端面７３に後端側包囲部材２７１の先端面２７３を突き合せる。このとき、先端側包囲部材７１の後端面７３の各凹部７９に、後端側包囲部材２７１の先端面２７３の各凸部２７９を嵌合させる。次で、後端側包囲部材２７１の後端（図示上端）とシール用弾性部材１０１の先端（図示下端）とが接するようにする（図１６参照）。

そして、図１６に示したように、先端側包囲部材７１の外周面７２ａにその先端側（図示下側）から支持部材９１を外嵌めして、その後端部９３をフランジ７４の先端向き面に当接するように組付ける。次に、シール用弾性部材１０１、後端側包囲部材２７１、及び先端側包囲部材７１を包囲するように、これらに対して後方（図示上方）から保護筒８１を被せる。次に、このように被せた状態において、保護筒８１の大径筒部８２の外周面のうち、支持部材９１の先後の中間部位に対応する部位８５を縮径する（絞り込む）ようにかしめる。こうすることで、図１７右上の端子金具側半組立て体３０１を得る。

以後、このようにして組み付けられた端子金具側半組立て体３０１を、図１７に示したように、素子側半組立体２０１の素子２１の後端寄り部位２３が、端子金具側半組立て体３０１における端子金具５１ａ，５１ｂに挟まれるように、両半組立体２０１，３０１を互いの軸線Ｇを一致させ。そして、相互に近接するようにして、素子２１の後端寄り部位２３を対向する各端子金具５１ａ，５１ｂ間に挿入して、その各端子接続部５３を素子２１の各側面２４の電極端子２５に押付けるようにする。次いで、保護筒８１の大径筒部８２の先端を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に嵌合して、その嵌合部位を外周面側から加締め、その後溶接して固定する。最後に、保護筒８１の後端（図示上端）のシール用筒部８３を縮径するようにかしめて、シール用弾性部材１０１を径方向に圧縮、固定する。こうすることで、図１に示したセンサ１が得られる。

本発明のセンサは、上記形態のものに限定されるものではなく、適宜に変更して具体化できる。上記形態のセンサ１においては、一部の端子金具５１ｂに、突出片部５４を設け、この突出片部５４が、先端側包囲部材７１の後端面７３と後端側包囲部材２７１の先端面２７３との間に挟ませてなるものを例示したが、このような構成とする必要は必ずしもない。また、本発明の端子包囲部材は、端子金具やリード線の数、形状等に基づいて適宜の形状、構造のものとして具体化できる。さらに、上記においては、ガスセンサにおいて具体化したが、本発明のセンサは温度センサなど、その他のセンサにおいても具体化できる。

１センサ
２１センサ素子
２５電極端子
５１ａ，５１ｂ端子金具
５３端子接続部
６１リード線
７０端子包囲部材
７１先端側包囲部材
７３先端側包囲部材の後端面
７３先端側包囲部材の後端面に形成された凸部
７５，２７５端子包囲部の空孔
２７１後端側包囲部材
２７３後端側包囲部材の先端面
２７９後端側包囲部材の先端面に形成された凸部
Ｇセンサ、先端側包囲部材及び後端側包囲部材の軸線

Claims

センサ自身の先後方向に延び、複数の電極端子を備えたセンサ素子と、このセンサ素子の各電極端子に対し、端子接続部が押付けられて接続された複数の端子金具と、この複数の端子金具を先後に貫通する各空孔内に配置させ、かつ包囲するように形成された絶縁材からなる端子包囲部材と、前記端子金具に接続されてセンサ自身の後端から外部に引き出されてなるリード線とを有してなるセンサにおいて、
前記端子包囲部材を、先端側包囲部材と後端側包囲部材とに先後に分割し、該先端側包囲部材の後端面と該後端側包囲部材の先端面とを突き合せて構成し、
前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面とが突き合されている状態において、前記先端側包囲部材と前記後端側包囲部材とが、そのいずれか一方に対して他方が、センサの軸線回りに相対的に回るのが防止され、しかも、そのいずれか一方に対して他方が、センサの軸線と垂直な方向にずれるのが防止されるように、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が１又は複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が１又は複数形成されており、
さらに、前記端子金具のうちの少なくとも１つは、前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面との間に挟まれる部位に、側方に突出する突出片部が設けられており、
該突出片部を、前記先端側包囲部材の後端面と前記後端側包囲部材の先端面との間に挟ませたことを特徴とするセンサ。
請求項１において、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が１又は複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が１又は複数形成されている、ことに代えて、
前記後端面に対し、該後端面において前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部、又は隆起状をなす凸部が複数形成され、前記先端面に対し、前記凹部又は前記凸部に嵌合する凸部又は凹部が複数形成されていることを特徴とするセンサ。
前記先端側包囲部材の先端側に向けて凹む凹部が、前記先端側包囲部材の外周面を切欠く形で形成されていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載のセンサ。