JP4874696B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関などから排出される排気ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサ等のガスセンサ（以下、単にセンサともいう）に関する。

この種のガスセンサの代表的なものの１例としては、図１１に示したような構造をなす特許文献１に記載のものがある。この酸素センサ１は、内外面に、それぞれ内部電極（層）及び外部電極（層）を有する、先端（同図下端）が閉塞された中空軸状（筒状）の固体電解質からなる検出素子（以下、単に素子ともいう）２１と、この検出素子２１を内側に保持して、排気ガス管に取付けられる金具本体（主体金具ともいわれる）１１等からなっている。この酸素センサ１は、金具本体１１を介して内燃機関の排気ガス管に取付けられ、検出素子２１の内周面（内壁面）の内部電極（基準電極）を基準ガス（大気）に、外周面（外壁面）の外部電極（測定電極）を排気ガスに接触させ、検出素子２１の内外面の酸素濃度差に対応して両電極間に起電力を生じさせ、この起電力に基づく信号を制御回路に出力し、排気ガス中の酸素濃度を検知して空燃比制御するのに使用される。

同図に示したセンサ１は、検出素子２１の内、外周面に形成された、内部電極及び外部電極（以下、それぞれ単に電極ともいう）に端子金具７１，９１を接続し、各端子金具の後端（同図上端）に出力取り出し用のリード線４１を接続した構成とされている。このような端子金具７１，９１のうち、検出素子２１の後端寄り部位の内周面に形成された電極と接続される端子金具（出力端子）７１は、図２に示したように、金属板を曲げるなどして、母線に沿って切れ目状の開口Ｍのある円筒状部（横断面がＣ字形又はランドルト環形状を有する筒状部）からなる嵌合部７３を備えており、この嵌合部７３を検出素子２１の後端からその内側に圧入して嵌合することで、内部電極に圧接され、接続されるように構成されている。また、素子２１の外周面に形成された電極と接続される端子金具（アース端子）９１は、図３に示したように、その先端寄り部位に、金属板を曲げるなどして、母線に沿って切れ目状の開口Ｍのある円筒状部からなる嵌合部９３を備えており、この嵌合部９３を検出素子２１の後端からその外側に圧入して嵌合することで、外部電極に圧接され、接続されるように構成されている。このいずれの端子金具７１，９１とも、素子２１の後端部に嵌合される円筒状の嵌合部７３，９３の一側から後方（図示上方）に向けて延びる中継線部７４、９４を備えており、その中継線部７４、９４における嵌合部７３，９３と反対側（図上側）には、リード線４１の端をカシメによって接続する接続端部（カシメ用端部）７５，９５を備えている。そして、いずれの端子金具７１，９１も、その嵌合部７３，９３を検出素子２１の内、外に圧入により嵌合した後は、各嵌合部７３，９３自身をそのバネ性によって検出素子２１の内、外の電極にそれぞれ押付けることで電気的接続をとるようにされている。

ところで、このような電気的接続を伴うセンサ１の組立ては次のようにして行われていた。図１２の左側に示したように、素子２１を筒状をなす金具本体１１内にシール５３材等を用いて固定してなる素子側半組立体（本体側組立体）２０１と、同図右側に示したように、筒状（段付き円筒状）の保護筒３１内に、各リード線４１の先端に各端子金具７１，９１を接続してなる端子金具側半組立体３０１を組立てておく。このとき、端子金具側半組立体３０１における端子金具７１、９１は、絶縁材からなる円柱状のセパレータ１１１内に、その先後に貫通するように設けられた複数の端子金具挿通用空孔（リード線挿通孔ないし保持孔）１１３を通されている。これは、端子金具７１，９１相互間及びケーシングをなす保護筒３１との間の絶縁を保持するためである。図１２の右側の端子金具側半組立体３０１におけるセパレータ１１１を先端（図下端）側からみたときは、図１３に示されるように形成されている。同図に示したように、筒状の嵌合部７３，９３はそのセパレータ１１１の先端面１１２の中心と中心を同じとする同心か、同心に近い状態となるようにして配置されており、その先端において、各嵌合部７３，９３はいわば二重の環状を呈している。なお、図１２では、端子金具側半組立体３０１の下方において軸線Ｇに沿って軸状をなすヒータ６１が、端子金具７１の嵌合部７３内に把持される形で突出状に設けられているが、ここではそれに関する説明を省略する。

センサ１の組立てにおいては、図１２に示したように、素子側半組立体２０１の素子２１の軸線Ｇに、端子金具側半組立体３０１における端子金具７１、９１の各嵌合部７３，９３の中心（軸線Ｇ）を一致させ、或いは略一致させるようにしてから、両半組立体が近接するように相互にその軸線方向に移動する。そして、端子金具７１、９１の各嵌合部７３，９３を検出素子２１の後端２５の内側、外側に同時に嵌合する。なお、この嵌合を容易とするため、素子２１の後端２５と、その内周面と外周面との各角にはそれぞれ面取り２６，２７が付けられている一方、端子金具７１、９１の嵌合部７３，９３の先端には、ガイドをなすようにそれぞれ先細り部８４、外広がり状の歯９８が設けられている。これらの嵌合においては、同時に、保護筒３１の先端側が金具本体１１の後端側の厚肉円筒部１７に外嵌されるようになっている。

ところで、このようなセンサの組立てに使用される端子金具側半組立体３０１は、概略次のような工程を経て組み立てられる。リード線４１の先端寄り部位をシール材１３１内を貫通状に通すと共に、セパレータ１１１内の端子金具挿通用空孔１１３を通し、その通したリード線４１の先端に、端子金具７１，９１の後端の接続端部（コネクタ部）７５、９５をカシメによって接続する。その後、各リード線４１の後端（基端）側をセパレータ１１１及びシール材１３１の後端（図上端）側に引張り出し、各端子金具７１，９１の先端側の嵌合部７３、９３をセパレータ１１１の先端面１１２で係止させて、その位置決めをする。

一方、このような端子金具側半組立体３０１の組み立てにおいては、各端子金具７１、９１における筒状の各嵌合部７３，９３は、セパレータ１１１の先端面１１２にて、素子側半組立体２０１の素子２１の後端に対応する所定の位置に所定の精度で位置決めがされていないといけない。このように位置決めされていなければ、両半組立体２０１，３０１を相互に近接するようにして組立てる際には、各嵌合部７３，９３が素子２１の後端２５の内、外周面に円滑に嵌合できないためである。従来、素子側半組立体２０１の組み立てにおいては、比較的容易に設計通りに組立てられるのであるが、端子金具側半組立体３０１の組み立てにおいては、各端子金具７１、９１における筒状の各嵌合部７３，９３が、セパレータ１１１の先端面１１２において設計上の位置に精度よく位置決めするのは容易ではなかった。これは、各端子金具７１、９１における各中継線部７４，９４がセパレータ１１１内の各端子金具挿通用空孔１１３内において振れたり動いたりする、いわゆる振れ動きを生じることがあるためである。

このため、上記した特許文献１に記載のセンサにおいては、使用される各端子金具７１，９１と、これが通されるセパレータ１１１におけるの端子金具挿通用空孔１１３との関係を次のように構成していた。各端子金具７１，９１については、セパレータ１１１内の各端子金具挿通用空孔１１３において安定して位置決めされるように、その各端子金具７１，９１とも、その先端の嵌合部７３，９３と、後端の接続端部７５、９５との間を中継する中継線部７４，９４に、図２，図３に示したように、先後に延びる板部位７６，９６を形成する一方、その板部位７６，９６の幅方向における中間において、その板部位７６，９６の一方の主面７６ａ，９６ａ側に、端部７７ａ、９７ａを有して突出するようにＵ形又は舌片状に形成された突出片部７７，９７を打抜きにより切起こす形で形成していた。こうすることで、端子金具７１，９１の中継線部７４，９４を各端子金具挿通用空孔１１３に通したときに、図１２、図１４に示したように、この突出片部７７，９７を自身のバネ性を利用して同空孔１１３の内壁面（内面）に押付させる一方で、板部位７６，９６を同空孔１１３の対向する内壁面に押付させるようにしていた。この押付けにより、中継線部７４，９４が同空孔１１３内において振れ動くのが防止される。

ところで、セパレータ１１１におけるの端子金具挿通用空孔１１３は、同特許文献１の図３−ｂなどにも示されているように、軸線回りに所定の配置で、先後に貫通するように形成されているものの、各空孔（同特許文献１の図３−ｂにおけるリード線挿通孔３１ａ）の横断面形状は、軸線Ｇ側が山をなす略三角形を呈していた。このため、前記した振れ動きの防止手段において、突出片部７７，９７は、図１４に示したように、同空孔１１３の内壁面のうち、軸線Ｇから離間する方の内壁面に押付けられる一方で、板部位７６，９６の反対面７６ｂ，９６ｂ側はその両外側の端縁のコーナー（角）７６ｃ，９６ｃを同空孔１１３の対向する内壁面に押付けられていた。すなわち、各端子金具７１，９１は、このようにして各端子金具挿通用空孔１１３内において位置決めされ、先端の嵌合部７３，９３は図１３に示したようにセパレータ１１１の先端面１１２に配置される構成とされていた。
特開２００４−５３４２５号公報

しかし、前記した端子金具７１，９１の振れ動き防止手段においては、端子金具側半組立体３０１自体の組立てにおいて、セパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３内に端子金具７１，９１を通し、その先端の嵌合部７３，９３をセパレータ１１１の先端面１１２に位置決めして配置しようとしても、簡易にそれができないか、或いは、その位置決めに多くの手間（工数）がかかるといった問題があった。すなわち、この組み立てにおいて、嵌合部７３，９３がセパレータ１１１の先端面１１２に係止されたときは、その先端面１１２の所定位置に嵌合部７３，９３の中心が位置するように、同空孔１１３及び端子金具７１，９１の各部寸法が設定されている。しかし、この端子金具側半組立体３０１の組立てにおいては、上記もしたように、セパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３内に、端子金具７１，９１を通し、その後端の接続端部７５，９５に接続したリード線４１を基端側に引張り出すだけでは所望とする位置決めはできない。したがって、その組み立てにおいては、嵌合部７３，９３がセパレータ１１１の先端面１１２において所定の位置に配置されるように、作業者において積極的にその位置の調整をする必要があった。

さらに、その組み立てにおいて、例え所望とする位置に正しく配置されたとしても、その後、両半組立体同士の組立てに至るまでの間に付与される各種の外力や振動等に起因して、図１５に示したように、その嵌合部７３，９３の位置に狂いが発生することがあった。これは、横断面において、セパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３内において、各端子金具７１，９１とも中継線部７４，９４が回転するように容易に動くことができるため、外力等により中継線部７４，９４を軸として嵌合部７３，９３が揺動するように動いてしまうためである。この要因は、セパレータ１１１における端子金具挿通用空孔１１３が、横断面において上記したような略三角形を呈していることにある。すなわち、同空孔１１３は、横断面において、軸線Ｇに向かうにしたがって幅狭となる傾斜面状をなしている。一方で、この傾斜面状をなす内壁面には、中継線部７４，９４における板部位７６，９６の両外端のコーナー７６ｃ，９６ｃが当って支持される形となるため、その支持では支持が不安定なためである。このような支持では、先端の嵌合部７３，９３に中継線部７４，９４を軸とするような外力が横方向から加われば、同空孔１１３内で中継線部７４，９４は容易に回転する上、それが少し回転したとしても先端の嵌合部７３，９３は、横断面において大きく揺動し、したがって、その位置には大きな狂いが生じるためである。

こうしたことから、従来、端子金具側半組立体３０１と、素子側半組立体２０１との組み立てにおいては、端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３が素子２１の後端部に衝突して円滑に嵌合できないといった組立て上の不具合が発生することがあった。そして、その嵌合部７３，９３をなす円筒部が潰れるような変形を起こしたり、素子２１の後端部にカケが発生したり、或いは、嵌合不良（接続不良）を発生させるなどから、センサの製造歩留まりの低下を招くことがあった。

本発明は、こうしたセンサの組立て上の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、端子金具をセパレータの空孔内に組み込む際に、セパレータの先端面に対して、その嵌合部が所望とする位置に簡易に位置決めされるようにすると共に、その位置決め後においても位置ずれが生じにくくし、ひいては、素子側半組立体と端子金具側半組立体との組立てにおいて、端子金具の嵌合部が素子の後端部に円滑に嵌合できるようにすることをその目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、筒状をなす金具本体の内側に、先端が閉じた中空軸状をなす検出素子が固定され、この固定された検出素子の内周面及び外周面に形成された各電極に、それぞれ端子金具が電気的に接続されてなるガスセンサであって、
前記各端子金具は、自身の先端側に電極接続用の嵌合部を備えると共に、該各嵌合部の後方には中継線部を備えており、該各中継線部は前記検出素子の後方に配置された絶縁材からなるセパレータ内に形成された各端子金具挿通用空孔内を通され、かつ、前記各嵌合部は該セパレータの先端側に配置されると共に、前記検出素子の後端部の内側及び外側にそれぞれ嵌合されて前記各電極に電気的に接続されており、
前記各端子金具における前記各中継線部には先後に延びる板部位を備えていると共に、その各板部位の幅方向の中間には、該板部位の主面側から突出するように形成された突出片部を備えており、
前記各嵌合部を前記セパレータの先端側に配置させて、前記各中継線部が該セパレータの前記各端子金具挿通用空孔内に通されている際に、
前記突出片部が自身のバネ性で該端子金具挿通用空孔の一方の内壁面に押し付けられることで、該突出片部の幅方向両側に位置する板部位を、前記一方の内壁面に対向する他方の内壁面に押付けてなるガスセンサにおいて、
前記セパレータにおける該各端子金具挿通用空孔の前記他方の内壁面に、前記突出片部の両側に位置する板部位における該主面と反対側の反対面に接触して支持可能な平面をなす支持部が形成されてなると共に、該支持部はその横幅が前記板部位の幅より大きくされていることを特徴とする。

そして、請求項２の発明は、前記一方の内壁面に、前記突出片部が前記板部位の幅方向に動くのを規制する側壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサである。また、請求項３の発明は、前記側壁間の幅が、前記突出片部の幅より大きいことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサである。

本発明のセンサにおいては、従来のように、セパレータにおける端子金具挿通用空孔が、横断面において略三角形で、軸線に向かうにしたがって幅狭となる傾斜面状をなしている一方で、この傾斜面状をなす内壁面に、中継線部の板部位における反対面と外側面とのなすコーナーが当って支持されるものではなく、上記したように、前記セパレータにおける該各端子金具挿通用空孔の前記他方の内壁面に、前記突出片部の両側に位置する板部位における該主面と反対側の反対面に接触して支持可能な支持部が形成され、該支持部に、前記突出片部の両側に位置する板部位における反対面を押付けてなる構成をなしている。

すなわち、本発明では、該各端子金具挿通用空孔の前記他方の内壁面に、板部位におけるコーナーでなく、その板部位の反対面を接触させて押付けているため、その空孔内における板部位の支持が、従来の支持構造に比較して安定していることから、セパレータの先端において、端子金具の嵌合部の位置の安定を図ることができる。このため、本発明のセンサにおいては、その組立てにおいて、端子金具をセパレータの空孔内に組み込む際に、セパレータの先端面に対して端子金具の嵌合部が所望とする位置に簡易に配置ないし位置決めすることができるし、その位置決め後においても位置ずれを生じにくくすることができる。かくして、本発明のセンサによれば、その組み立てにおいて、上記したように素子側半組立体と端子金具側半組立体とを別個に組立てた後で組立てる場合においては、端子金具の嵌合部が素子の後端部に円滑に嵌合させることができるため、その製造歩留まりを高めることのできるセンサとなすことができる。

請求項１に記載の本発明において、前記支持部は、前記突出片部の両側に位置する板部位における反対面に接触して支持可能であればよく、したがって、前記支持部は、前記突出片部の両側に位置する板部位における反対面の幅方向の全体を支持できるものでもよいが、その反対面のうち、それぞれ該突出片部から離間する外側の端寄り部位に接触して支持可能に形成されているだけでもよい。すなわち、支持部は、板部位の外側の端のコーナに接触して支持するものでなく、前記主面に接触して支持するもので、平面であり、セパレータの製造上等からして好ましい。さらに、請求項２に記載のように、前記一方の内壁面に、前記突出片部が前記板部位の幅方向に動くのを規制する側壁を備えていることとすることで、端子金具の位置のより一層の安定が図られる。

以下、本発明のガスセンサを実施するための最良の形態について、図１〜図９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酸素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の構成について詳細に説する。酸素センサ１は、段付円筒状をなす金具本体１１の内側に、内外壁面にそれぞれ電極（層）（図示せず）を有し先端が閉塞された筒状（中空円軸状）の検出素子２１が気密を保持して固定されている。素子２１は、中間部に外径が大径とされた大径部２３を備えており、先端は金具本体１１の先端から突出している。この素子２１は、金具本体１１の内側の段部にワッシャ５１を介してセラミックホルダ５２を配置し、このセラミックホルダ５２の図示上部内周縁の凹部に、その大径部２３を板パッキン（図示せず）を介して受けさせ、さらにシール材（滑石）５３、及び押圧用リング５４等を介在させ、シール材５３を圧縮して気密状に金具本体１１内に固定されている。

この固定は、金具本体１１の後端（図示上端）の内側において、押圧用リング５４の後端に平ワッシャ５５を配置し、金具本体１１の後端の薄肉筒部１８の端部を内側に曲げて先端側に圧縮するようにかしめることによっている。なお、金具本体１１は、図示上下方向の中間部位の外周にねじ込み用多角形部１２を備えており、それより先端側には、排気管へのねじ込み用のねじ部１４、小径筒部１６を順次一体的に備えており、この小径筒部１６には、突出する素子２１の先端を保護する通気孔付の保護カバー２０が取り付けられている。また、多角形部１２と後端の薄肉円筒部１８との間には厚肉円筒部１７を備えており、厚肉円筒部１７には、詳しくは後述するケーシングをなす保護筒３１の先端側の大径部３２が外嵌され、同保護筒３１の先端面３１ａをねじ込み用多角形部１２の後端側フランジ面１３に当接した状態の下で、全周レーザー溶接されている。なお、金具本体１１のねじ込み用多角形部１２とねじ部１４との間には、シール用ワッシャー９が嵌められている。ここまでに説明した構成のうち、保護筒３１が金具本体１１の厚肉円筒部１７に外嵌されて溶接によって固定される前の状態が、図５の左側に示した素子側半組立体２０１の部位に相当する。

なお、検出素子２１の内側である中空部は、横断面が円形で先端に向かって若干縮径するテーパ状とされ、金具本体１１の軸線Ｇと同心で形成されている。また、検出素子２１の後端（後端部）２５と、内外周面の各角には面取り２６、２７が付けられており、端子金具７１，９１を同後端２５に内嵌又は外嵌して組立てる際のガイドをなすようにされている。なお、端子金具７１，９１は、上記において図２、図３に基づいて説明したのと同じものである。本形態では、中空部の中には同検出素子２１を加熱するため、円断面で棒状（軸状）をなすヒータ６１が内挿されている。また、このヒータ６１は、素子２１の内面（内壁面）２２の電極に接続されるように配置された端子金具（以下、内面用端子金具ともいう）７１における筒状の嵌合部７３の内側を通されている。

検出素子２１の内面（内側）２２に形成された電極には、内面用端子金具７１における筒状の嵌合部７３が内嵌され、嵌合部７３自身のもつバネ性によってその内面の電極に押付けられて電気的な接続がとられている。なお、この電極はその内面２２において素子２１の先端に延びている。他方、素子２１の外面（外側）に形成された電極には、別の端子金具（以下、外面用端子金具ともいう）９１の筒状の嵌合部９３が外嵌され、嵌合部９３自身のもつバネ性によってその外面を締付けるようにしてその電極との電気的な接続がとられている。なお、この電極はその外面において素子２１の先端に延びている。

このような各端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３の後方（図示上）には、それぞれ中継線部７４，９４が延びており、その後端（図１上端）の接続端部（コネクタ部）７５，９５には、それぞれリード線４１が接続されている。内面用端子金具７１及び外面用端子金具９１についてはさらに後述するが、これらにおける嵌合部７３，９３より後方には、アルミナ等の電気的な絶縁材からなるセパレータ１１１が配置されており、その内部に形成された各端子金具挿通用空孔１１３内に、中継線部７４，９４及び各リード線４１の先端寄り部位が通されている。そして、各リード線４１は、その先端寄り部位は、酸素センサ１後端に配置された円柱状のシール材１３１に形成された各リード線挿通用空孔を通されて、その後端部から引き出されている。

セパレータ１１１についての詳細は後述するが、本形態ではセパレータ１１１およびシール材１３１ともに略円柱状ないし円筒状に形成されている。そして、いずれも、軸線Ｇの回りに等角度間隔で、先後（図示上下）に向けて貫通する４つの空孔を備えており、そのうちの対向する２つが、端子金具挿通用空孔１１３とされ、他の２つがヒータ６１への通電用の一対のリード線４１を通すための空孔とされている。すなわち、ヒータ６１は、その先端部（図１下端部）の一側（図１右側）に発熱部６２を備えており、その後端部の側面には、この発熱部６２に連なる通電用の一対の端子（図１ではその１つのみ図示）６４を備えており、同端子６４にはそれぞれ各リード線４１が接続されている。この各リード線４１も上記した端子金具７１、９１に接続されたリード線４１と同様にして、同セパレータ１１１に形成された空孔、及びシール材１３１の空孔を通され、その後端部から引き出されている。なお、セパレータ１１１の先端面（下面）１１２の中央にはヒータ６１の後端寄り部位を内挿可能の空孔が形成されおり、その奥所の底にヒータ６１の後端面が当接して配置されている。

セパレータ１１１及びシール材１３１は、段付き円筒状をなす保護筒３１によってカバーされている。この保護筒３１は、上記もしたように金具本体１１の厚肉円筒部１７に先端側を外嵌し、同保護筒３１の先端面３１ａをねじ込み用多角形部１２の後端側フランジ面１３に当接した状態の下で、全周レーザー溶接されている。この保護筒３１は、本形態では先端側（図１の下側）の約半分が大径部３２で、後端側の約半分がテーパ部３４を介して小径部３３とされ、その小径部３３におけるシール材１３１の外側３７をかしめてそれを固定している。また、本形態では、セパレータ１１１はその外周面１２１であって軸線Ｇ方向の中間位置に、固定用のフランジ１２２を突出状に備えている。一方、保護筒３１は、軸線方向の先後位置でこのフランジ１２２を挟むようにして形成されている。ただし、本形態では保護筒３１の内側であってフランジ１２２の先端（図示下端）向き面には、上端部が内側に折り返し状に曲げられた円筒部材１４１が介在されており、また、フランジ１２２の後端（図示上端）向き面を規制するように、保護筒３１の小径部３３の外周面に凹部３６が設けられている。そして、この円筒部材１４１の図示上端部にてフランジ１２２の先端向き面を後方（図示上方）に押圧するとともに、保護筒３１の小径部３３の外周面を絞り込むようにかしめることで、円筒部材１４１を径方向に圧縮してセパレータ１１１を保持している。図１中の１０２は、キャップ状に形成された撥水性のある通気部材であり、金属パイプに被せた状態で、シール材１３１中に貫通状に配置され、素子２１の内側に大気を導入するようにされている。

さて次にこのような構成をなしている本形態の酸素センサ１のうち、本発明の要旨をなすべきところである端子金具（内面用端子金具７１、外面用端子金具９１）及びセパレータ１１１の詳細について、それぞれ図面に基づいて詳細に説明する。まず、各端子金具７１，９１について説明するが、これらは上記もしたように、すでに一応の説明をしたところであるが、さらに詳細に説明する（とくに図１、図２、図３参照）。なお、本形態では、これらはいずれも所定の形状に打ち抜かれた金属薄板（耐食耐熱超合金板）を曲げ加工するなどして形成されたものである。

内面用端子金具７１は、先端に検出素子２１の後端部の中空部内に配置され、その内周面の電極に押付けられて電気的に接続される円筒状の嵌合部７３を備えている。ただし、その一側は母線に沿って切れた切れ目Ｍを有しており、したがって、軸線Ｇに直角な平面（横断面）で切断したときは、上記もしたように、概ねＣ字形を呈している。なお、嵌合部７３の自由状態における外径は素子２１の内径より大き目に形成されており、中空部内に圧入されて嵌合された際には、自身のバネ性によって素子２１の内面の電極に押付けられるように形成されている。そして、図２に示したように、嵌合部７３の後端（図示上端）であって軸線Ｇを挟んだ開口Ｍの反対側には、中継線部７４が外向きに傾斜する屈曲部７４ａを介して若干外側に傾斜するようにして上に延びており、中継線部７４の上端にはリード線４１の芯線端部をカシメにより把持して接続するためのツメ付の接続端部（コネクタ部）７５を備えている。また、中継線部７４におけるその長手方向の中間部位には、他部位より相対的に幅が広い板部位７６を備えており、その幅方向の中間には、その板部位７６の一方の主面７６ａ側であり嵌合部７３の外側に、自由状態で先端側に端部７７ａを有して斜めに突出するようにＵ形又は舌片状に形成された突出片部７７を打抜き加工により切起こす形で形成している。

詳細は後述するが、この内面用端子金具７１の嵌合部７３がセパレータ１１１の先端面１１２の中心に概ね同心状に配置されて、中継線部７４がセパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３を通されて後端側に引出されたときに、突出片部７７が自身のバネ性によってその端子金具挿通用空孔１１３の内壁面に押し付けられるように設定されている。一方、嵌合部７３の後端（図示上縁）には、外向きに突出する複数の歯７８が設けられており、中継線部７４がセパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３を通されて後端側に引出されたときに、セパレータ１１１の先端面１１２にその歯７８が当接して係止するように設定されている。

なお、本形態の内面用端子金具７１においては、図２に示したように、嵌合部７３の下端部には、嵌合部７３を素子２１の中空部内に押し込むときのガイドをさせるため、先端側が素子２１の内径より小さくされて先細りテーパ状をなす先細り部８４を備えている。そして、この先細り部８４の下に、内挿したヒータ６１の側面（図１左側）部分を素子２１の中空部の内壁面２２の一側（図１右側）に押し付けるためのヒータ押し付け部（押圧部）８８を、切れ目状の開口Ｍを挟んで両側に一体的に備えている。

さて次に、外面用端子金具９１について図３等に基づいて詳細に説明するが、この外面用端子金具９１は、上記もしたように、先端に検出素子２１の後端部の外周面の電極に押付けられて電気的に接続される円筒状の嵌合部９３を備えている。ただし、その一側は母線に沿って切れた切れ目Ｍを有している。したがって、軸線Ｇに直角な平面（横断面）で切断したときは、上記もしたように、概ねＣ字形を呈している。なお、嵌合部９３の自由状態における外径は素子２１の外径より小さ目に形成されており、素子２１の後端部に圧入により外嵌めされた際には、自身のバネ性によって電極に押付けられるように設定されている。また、嵌合部９３の先端（図示下端）には、外広がり状に突出する複数の歯９８が設けられており、素子２１の後端部に圧入する際のガイドをなすようにされている。

そして、図３に示したように、嵌合部９３の後端（図示上端）であって軸線Ｇを挟んだ開口Ｍの反対側には、中継線部９４が内向きに傾斜する屈曲部９４ａを介して若干外側に傾斜するようにして上に延びており、中継線部９４の上端にはリード線４１の芯線をカシメ把持して接続するためのツメ付の接続端部（コネクタ部）９５を備えている。また、中継線部９４における嵌合部９３と接続端部（コネクタ部）９５との間には、それより幅が広い板部位９６を備えており、その幅方向の中間には、その板部位９６の一方の主面９６ａ側に、自由状態で先端側に端部９７ａを有して斜めに突出するようにＵ形又は舌片状に形成された突出片部９７を打抜き加工により切起こす形で形成している。なお、両端子金具７１、９１は、嵌合部７３，９３を含めてそれより先端側の形状寸法は上記したように異なるものの、これ以外の中継線部７４，９４等の形状寸法は屈局部７４ａ，９４ａを除いて基本的に同一に設定されている。

この外面用端子金具９１の嵌合部９３がセパレータ１１１の先端面１１２の中心に概ね同心状に配置されて、中継線部９４がセパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３を通されて後端側に引出されたときに、突出片部９７が自身のバネ性によってその端子金具挿通用空孔１１３の内壁面に押し付けられるように設定されている。そして、中継線部９４がセパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３を通されて後端側に引出されたときに、セパレータ１１１の先端面１１２に嵌合部９３の後端（図示上端）が当接するように設定されている。

次に、本形態のセパレータ１１１の詳細について、図４−Ａ〜Ｄに基づいて詳細に説明するが、これは前記もしたように円柱状を呈しており、その先後（図示上下）の中間部の外周面１２１に、周方向にフランジ１２２が突出状に形成されている。そして、軸線Ｇの回りに等角度間隔で、先後に向けて貫通する４つの空孔１１３，１２３を備えている。そのうちの対向する２つは、素子２１の電極に接続される端子金具７１，９１用の空孔１１３とされ、他の対向する２つがヒータ通電用の一対のリード線４１の挿通用の空孔１２３とされ、それぞれ軸線Ｇを挟んで対称に配置されている。このような空孔のうち、端子金具挿通用空孔１１３は、図９に示すように、それぞれ横断面において、外周の接線方向に沿って長い矩形孔１１４をベースにして、その長辺の中央において、軸線Ｇ側を向く内向きと、その反対側を向く外向きとにそれぞれ凹状をなす溝１１５，１１６が軸線Ｇに沿って形成されている。

この矩形孔１１４は横断面においてその長辺の長さＬ１が、前記した端子金具７１，９１の板部位７６，９６の幅Ｗ１より若干大き目とされている。そして、その矩形孔１１４の長辺の中央において外向き形成された凹状をなす溝（外溝とも言う）１１６の幅Ｌ２は、端子金具７１，９１の突出片部７７，９７の幅Ｗ２より若干大き目とされており、次記するように各突出片部７７，９７の端部（先端）７７ａ，９７ａ寄り部位がその内壁面である溝底１１７に押付けられるように構成されている。一方、矩形孔１１４の長辺の中央において内向き形成された凹状をなす溝１１５は、横断面において、軸線Ｇに向かって幅狭状に形成されているが、矩形孔１１４の長辺に沿う部分での溝幅Ｌ３は、板部位７６，９６の幅Ｗ１より小さくされている。こうして、矩形孔１１４の内壁面である溝１１５の両側には、前記した溝底１１７に対向して平面からなる棚状の支持部１１８が形成されている。なお、端子金具挿通用空孔１１３は、このような一定の横断面形状で、セパレータ１１１の先後に貫通している。そして、この棚状の支持部１１８から、外向きに形成された凹状をなす溝１１６の溝底１１７までの横断面における寸法Ｈ１、すなわち、矩形孔１１４の短辺と外向きに形成された凹状をなす溝１１６の深さをあわせた寸法Ｈ１は、端子金具７１，９１の板部位７６，９６における突出片部７７，９７の自由状態における突出量Ｔ１，Ｔ２（図６参照）より小さくなるように設定されている。

しかして、横断面がこのように形成された各端子金具挿通用空孔１１３に対して、各端子金具７１，９１を、その接続端部７５，９５側から各突出片部７７，９７が外溝１１６内を通るようにし、かつ中継線部７４，９４における板部位７６，９６が矩形孔１１４を通るようにしてセパレータ１１１の先端面１１２側から入れ込み、接続端部７５，９５に接続した各リード線４１をセパレータ１１１の後端側から引っ張ることで、突出片部７７，９７の先端寄り部位がそれ自身のバネ（板バネ）性により外溝１１６の溝底１１７に押付けられる。と同時に、板部位７６，９６の両側の反対面７６ｂ，９６ｂが、支持部１１８に押付けられるようにして位置決めされるように設定されている。ただし、支持部１１８に押付けられる反対面７６ｂ，９６ｂは、本形態では板部位７６，９６の先後にわたる一部であり、突出片部７７，９７の先端寄り部位に対応する部分とされている。なお、本形態では外溝１１６の溝底１１７から立ち上がる側壁１１９が板部位７６，９６の幅方向に動くのを規制している。

図４に戻り、本形態の酸素センサ１はヒータ付きのものであるため、セパレータ１１１にはヒータ用のリード線４１を挿通するための空孔１２３も形成されているが、このものは、横断面が円形を成すように形成されている。ただし、後端寄り部位は、その内径が小さくされている。また、本形態では上記もしたように、セパレータ１１１の先端面（下面）１１２の中央にはヒータ６１の後端寄り部位が内挿可能の空孔１２５が形成されており、同空孔１２５が前記した４つの空孔１１３，１２３の軸線Ｇ寄りの周面に切り込んで連なっており、セパレータ１１１を先端側（図１下側）から見たときはヒータ用の空孔１２５を中心として十字状を呈する空間をなしている（図４−Ｄ参照）。これは、中央のヒータ用の空孔１２５と、周囲の他の各空孔１１３，１２３との間に壁を設けると、その壁の肉厚が薄くなって構造が複雑化するためと、内面端子金具７１を空孔１１３に通した際に、嵌合部７３に連なる屈曲部７４ａが干渉しないようにするためである。したがって、こうした問題がなければ、軸線Ｇ側を向く溝１１５はなくともよい。

しかして、本形態の酸素センサ１の組み立てにおいては、図５の左側に示した、金具本体１１に固体した素子２１を含む素子側半組立て品２０１とは別に、図５の右側に示した端子金具側半組立体３０１を組立てておく。この端子金具側半組立体３０１の組立ては、図６に示したように、各リード線４１をシール材１３１を通してセパレータ１１１の後端側からその各空孔を通し、そのうちの２本のリード線の先端を各端子金具７１，９１の接続端部７５，９５に接続するとともに、他の２本のリード線の先端をヒータ６１の後端の各端子６４に接続する。なお、この接続に当っては予めセパレータ１１１に保護筒３１を被せておく。そして、各端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３がセパレータ１１１の先端面１１２の設定位置（本形態では中心）に保持されるようにして、接続端部７５，９５及び中継線部７４，９４がセパレータ１１１の端子金具挿通用空孔１１３に入り込むようにし、各リード線４１を後端側に引出す（図７参照）。ただし、この引出しに当っては、端子金具７１，９１は、その板部位７６，９６が矩形孔１１４を通り、突出片部７７，９７が外溝１１６を通るようにするとともに、ヒータ６１の後端がセパレータ１１１の先端面１１２の中心の空孔１２５に入り込むようにする。このようにして、各リード線４１を後端側に引出した後、保護筒３１をセパレータ１１１に被せてシール材１３１を保護筒３１の後端部内に押込むことで、図５の右側に示した端子金具側半組立体３０１が組立てられる。なお、保護筒３１を被せる前に、セパレータ１１１のフランジ１２２の先端向き面に当接するように、円筒部材１４１をセパレータ１１１の外周にその先端側から嵌め込んでおく。

この組み立てにおいて端子金具７１，９１は、端子金具挿通用空孔１１３内において、突出片部７７，９７が自身のバネ（板バネ）性により外溝１１６の溝底１１７に押付けられる。一方、板部位７６，９６については、従来のようにその主面と外側面とのなすコーナーが略三角形の空孔内の傾斜面状をなす内壁面に当って支持されるものではなく、本形態では、板部位７６，９６の両側の側端部寄り部位の反対面７６ｂ，９６ｂが平面をなす棚状の支持部１１８に押付けられる。そして、嵌合部７３，９３は、ともにその後端をセパレータ１１１の先端面１１２に当接させ、その先端面１１２の所定位置（本形態では中心に同心状）に配置される（図８参照）。

このような組み立てにおいて本形態では、端子金具７１，９１は、端子金具挿通用空孔１１３内において、突出片部７７，９７が外溝１１６の溝底１１７に押付けられると同時に、突出片部７７，９７の両側の板部位７６，９６は、その反対面７６ｂ，９６ｂを両側の平面をなす棚状の支持部１１８に押付けられて支持された形で引き込まれる。このため、端子金具７１，９１は、その引き込み過程も含め、横断面において中継線部７４，９４を軸として回転することもないので、嵌合部７３，９３をセパレータ１１１の先端面１１２の所望とする位置に簡易に、しかも安定して配置することができる（図４参照）。なお、上記もしたように、端子金具７１の先端側には先細り部８４が、そして端子金具９１の先端側には複数の外広がり状の歯９８が、それぞれ設けられており、素子２１の後端部に圧入する際のガイドをなすようにされているため、基本的に若干の誤差は許容されている。また、その位置決め後においてはその位置に狂いがでることもない。すなわち、本形態においては、センサの組立て過程において各端子金具挿通用空孔１１３の内壁面である支持部１１８に、板部位７６，９６におけるコーナーでなく、その板部位の反対面７６ｂ，９６ｂを押付ける構造を有しているため、同空孔内における板部位７６，９６の支持が、従来の支持構造に比較して安定しており、したがって、セパレータ１１１の先端において、端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３の位置の安定を図ることができる。しかも、本形態では、突出片部７７，９７が押付けられるのが、各端子金具挿通用空孔１１３内における外溝１１６の溝底１１７であり、突出片部７７，９７がその溝底１１７から立ち上がる側壁１１９にて幅方向に動くのを規制されているため、より安定性の高い支持が図られる。

かくして得られた端子金具側半組立体３０１と、金具本体１１内に固定された検出素子２１を含む検出素子側半組立体２０１とを、両者の軸線Ｇが一致するように位置決めし、検出素子２１の後端部に端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３を嵌合する（図５参照）。こうすることで、センサとして組立てられるが、本形態においては、その端子金具側半組立体３０１における端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３がセパレータ１１１の先端面１１２において位置ずれを生じない。このため、その組み立てにおいては、検出素子２１の後端部に端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３が円滑に嵌合される。したがって、センサの組み立てにおいて、端子金具７１，９１の嵌合部７３，９３の先端が素子２１の後端に当るなどして潰れたり、或いは、素子２１の後端にカケ、割れが発生したり、さらにはこれらに起因する接合不良を起こすことを有効に防止することができる。

なお、嵌合部７３，９３を素子２１の後端に嵌合した後は、保護筒３１の先端側外周を本体の１７に溶接し、保護筒３１のうちの小径部３３における円筒部材１４１に対応する部位及びシール材１３１の外周面の適所を絞り込むように加締めることで、図１に示した酸素センサ１として組み立てられる。

前記形態の酸素センサでは、支持部１１８を棚状の平面としたが、この支持部は平面でなくともよい。突出片部７７，９７の両側に位置する板部位７６，９６における反対面７６ｂ，９６ｂを支持可能であればよいためである。図１０は、その一例を示したものであり、同図に示した端子金具挿通用空孔１１３のように、その横断面において、突出片部７７，９７の両側に位置する板部位７６，９６における反対面７６ｂ，９６ｂを支持可能に、凸部１１８ｂが両側に形成されているものとしてもよい。このようにしても、従来のように板部位７６，９６の両側の端のコーナーとは異なり、その反対面に接触して支持することになるためである。すなわち、本発明では、セパレータにおける端子金具挿通用空孔の突出片部が押付けられる内壁面に対向する内壁面に、その突出片部の両側に位置する板部位における反対面に接触して支持可能の支持部が形成されており、この支持部に、突出片部の両側に位置する板部位における反対面を押付けてなる範囲で、変更して具体化することができる。

また、上記形態において端子金具挿通用空孔１１３は、セパレータ１１１を先端側から見たときはヒータ用の空孔１２５側に切り込む形として、軸線Ｇ側を向く溝１１５を有するものとしたが、上記もしたように、センサがヒーターを備えず、或いは、内面端子金具７１を空孔１１３内に通すのに支障もなければ、そのような溝１１５はなくともよい。したがって、そのような場合には、端子金具挿通用空孔１１３の横断面は、外溝１１６がある場合には、凸字形状のものとすることができるし、外溝１１６を設けない場合には、端に方形としてもよい。

本発明のガスセンサは、上記した実施の形態のものに限定されるものではない。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、構成を設計変更できる。上記においては、ヒータつきのセンサで具体化したが、本発明はその有無に関係なく具体化できる。また、上記においては、酸素センサにおいて具体化したが、その他のガスセンサにおいても同様に具体化できる。

本発明のガスセンサを実施するための最良の形態を説明する正面縦断面図及び要部拡大図。 図１のガスセンサに用いた端子金具（内面端子金具）を説明する図で、Ａはその全体の斜視図、ＢはＡにおける中継線部を背面側から見た斜視図。 図１のガスセンサに用いた端子金具（外面端子金具）を説明する図で、Ａはその全体の斜視図、ＢはＡにおける中継線部を背面側から見た斜視図。 図１のガスセンサに用いたセパレータを説明する図で、Ａは破断正面図、ＢはＡの中央縦断面図、ＣはＡの平面図、ＤはＡのＤ−Ｄ線断面図及びその要部拡大図。 図１のガスセンサの組立て工程を説明する断面図。 図５の端子金具側半組立体を組立てる際の説明図。 図６の右図の要部拡大図。 図５の右図を先端側から見たとき、セパレータの先端面と各嵌合部との位置関係を説明する図。 図５の右図におけるＢ−Ｂ線断面図及びその要部拡大図。 端子金具挿通用空孔の別例の横断面図。 従来のガスセンサの正面縦断面図。 図１１のガスセンサの組立て工程を説明する断面図。 図１２の右側の端子金具側半組立体におけるセパレータを先端側からみた拡大図。 図１２のＡ−Ａ線拡大断面図。 セパレータの先端面において、端子金具の嵌合部の位置に狂いが出ている状態の説明図。

符号の説明

１ ガスセンサ
１１ 金具本体
２１ 検出素子
２５ 検出素子の後端
７１，９１ 端子金具
７３，９３ 嵌合部
７４，９４ 中継線部
７６，９６ 中継線部の板部位
７６ａ，９６ａ 板部位の一方の主面
７６ｂ，９６ｂ 板部位の反対側面（板部位の反対側の主面）
７７，９７ 突出片部
１１１ セパレータ
１１３ 端子金具挿通用空孔
１１７ 溝底（一方の内壁面）
１１８ 支持部（他方の内壁面）
１１９ 側壁
Ｇ 軸線

Claims (3)

1. 筒状をなす金具本体の内側に、先端が閉じた中空軸状をなす検出素子が固定され、この固定された検出素子の内周面及び外周面に形成された各電極に、それぞれ端子金具が電気的に接続されてなるガスセンサであって、
   前記各端子金具は、自身の先端側に電極接続用の嵌合部を備えると共に、該各嵌合部の後方には中継線部を備えており、該各中継線部は前記検出素子の後方に配置された絶縁材からなるセパレータ内に形成された各端子金具挿通用空孔内を通され、かつ、前記各嵌合部は該セパレータの先端側に配置されると共に、前記検出素子の後端部の内側及び外側にそれぞれ嵌合されて前記各電極に電気的に接続されており、
   前記各端子金具における前記各中継線部には先後に延びる板部位を備えていると共に、その各板部位の幅方向の中間には、該板部位の主面側から突出するように形成された突出片部を備えており、
   前記各嵌合部を前記セパレータの先端側に配置させて、前記各中継線部が該セパレータの前記各端子金具挿通用空孔内に通されている際に、
   前記突出片部が自身のバネ性で該端子金具挿通用空孔の一方の内壁面に押し付けられることで、該突出片部の幅方向両側に位置する板部位を、前記一方の内壁面に対向する他方の内壁面に押付けてなるガスセンサにおいて、
   前記セパレータにおける該各端子金具挿通用空孔の前記他方の内壁面に、前記突出片部の両側に位置する板部位における該主面と反対側の反対面に接触して支持可能な平面をなす支持部が形成されてなると共に、該支持部はその横幅が前記板部位の幅より大きくされていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記一方の内壁面に、前記突出片部が前記板部位の幅方向に動くのを規制する側壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記側壁間の幅が、前記突出片部の幅より大きいことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。

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