JP5099068B2 - ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのガスセンサ及びその製造方法に関する。

従来より、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサとして、酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子を内蔵したものがある（特許文献１参照）。該センサ素子は、上記発熱部及び上記センサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッドを、上記挿通保持用絶縁碍子に挿通保持された部分よりも基端側の部分である基端部の表面に設けてなる。そして、該電極パッドは、上記センサ素子における互いに略平行な一方の電極形成面と他方の電極形成面とに、それぞれ各電極形成面の幅方向に二個ずつ並列配置されている。

図３１に示すごとく、金属パッド９２１には、外部リード線に接続される金属端子９３２が接触配置される。この金属端子９３２は、センサ素子９２の基端部９２２を一対の電極形成面９２３から挟持するように配された一対の基端側絶縁碍子９３１の内側面にそれぞれ二個ずつ配設されている。そして、上記一対の基端側絶縁碍子９３１は、その外側から包み込むように配された略環状のバネ部材９３３によって、互いに近付く方向に押圧されている。これにより、二対の金属端子９３２が、それぞれ二対の電極パッド９２１に当接している。

欧州特許出願公開第０５０６８９７号明細書

しかしながら、分割された基端側絶縁碍子を用いる場合、ガスセンサの組み立て時、特に、金属端子９３２にリード線を接続したり、ガスセンサの基端部付近においてブッシュを装着させるなどする際、どうしても金属端子がセンサ素子の電極形成面に対して動くことがある。特に金属端子がセンサ素子から離れる方向へ向かう力が働いたとき、電極パッドに対する金属端子の接触圧が低下するおそれもある。

このように、金属端子と電極パッドとの接触圧の変動が生じると、各電極パッド９２１と金属端子９３２との間の接触抵抗にばらつきが生じ、センサセルにおける検出精度の低下や、センサセルの活性時間の遅延を招くおそれがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、電極パッドと金属端子との安定した導通を確保することができるガスセンサ及びその製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する挿通保持用絶縁碍子と、該挿通保持用絶縁碍子を挿通保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
上記センサ素子は、上記発熱部及び上記センサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッドを、上記挿通保持用絶縁碍子に挿通保持された部分よりも基端側の部分である基端部の表面に設けてなり、該電極パッドは、上記センサ素子における互いに略平行な一方の電極形成面と他方の電極形成面とに、それぞれ各電極形成面の幅方向に二個ずつ並列配置されており、
上記センサ素子の上記基端部は、該基端部を上記一対の電極形成面から挟持するように配された一対の基端側絶縁碍子と、該基端側絶縁碍子の内側面に配設されると共に上記電極パッドにそれぞれ接触する金属端子と、上記一対の基端側絶縁碍子を互いに近付く方向に押圧するバネ部材とからなる端子ユニットによって把持されており、
上記基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の上記電極形成面に接触する碍子接点部を有し、
該碍子接点部は、上記金属端子と上記電極パッドとが接触する端子接点部よりも、上記センサ素子の軸方向基端側に配されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

第２の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する挿通保持用絶縁碍子と、該挿通保持用絶縁碍子を挿通保持するハウジングとを有し、上記センサ素子は、上記発熱部及び上記センサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッドを、上記挿通保持用絶縁碍子に挿通保持された部分よりも基端側の部分である基端部の表面に設けてなり、該電極パッドは、上記センサ素子における互いに略平行な一方の電極形成面と他方の電極形成面とに、それぞれ各電極形成面の幅方向に二個ずつ並列配置されているガスセンサを製造する方法であって、
上記センサ素子の上記基端部を上記一対の電極形成面から挟持することができるように配された一対の基端側絶縁碍子と、該基端側絶縁碍子の内側面に配設されると共に上記電極パッドにそれぞれ接触させるための金属端子と、上記一対の基端側絶縁碍子を互いに近付く方向に押圧するバネ部材とからなる端子ユニットを作製し、
次いで、該端子ユニットにおける上記一対の基端側絶縁碍子を、上記バネ部材の押圧力に抗する引き離し力を加えることにより、上記二対の金属端子の間に上記センサ素子の上記基端部における一対の上記電極形成面の間の厚みよりも大きい隙間ができるまで互いに引き離し、
次いで、上記センサ素子の上記基端部を、上記二対の金属端子の間に挿入し、
次いで、上記一対の基端側絶縁碍子への上記引き離し力を解除することにより、上記二対の金属端子を上記センサ素子の上記電極パッドに接触させると共に上記基端側絶縁碍子を上記電極形成面に接触させた状態で、上記センサ素子の上記基端部を上記端子ユニットにより把持させ、
上記基端側絶縁碍子と上記センサ素子の上記電極形成面とが接触する碍子接点部が、上記金属端子と上記電極パッドとが接触する端子接点部よりも、上記センサ素子の軸方向基端側に配されるようにすることを特徴とするガスセンサの製造方法（請求項１２）。

第１の発明において、上記基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の上記電極形成面に接触する碍子接点部を有する。そのため、金属端子を固定した基端側絶縁碍子は、電極形成面に対して少なくとも３点で接触することとなる。すなわち、碍子接点部と２つの端子接点部とにおいて、金属端子を固定した基端側絶縁碍子が電極形成面に当接することとなる。そのため、金属端子を固定した基端側絶縁碍子とセンサ素子との当接状態、すなわち、端子ユニットによるセンサ素子の把持状態を安定化することができる。
それゆえ、電極パッドと金属端子との接触圧の変動を防いで、安定した導通を確保することができる。

また、碍子接点部は端子接点部よりも軸方向基端側に配されていることにより、次の利点がある。ガスセンサ組み立て時の金属端子の変動は、基端側絶縁碍子の基端部との固定部を力点として発生する。この力点において、金属端子がセンサ素子から離れる方向への力が加わった場合、端子接点部における接触圧が低下することはない。すなわち、碍子接点部が端子接点部よりも軸方向基端側に配されていることにより、上記のような力が加わった場合、端子接点部が支点、碍子接点部が作用点となる。そのため、碍子接点部は電極形成面から浮こうとし接触圧が低下するが、碍子接点部はセンサセルの検出精度等には影響せず、また端子接点部の接触圧は増加するので問題ない。すなわち、端子接点部における導通状態を維持することができる。

逆に、上記力点において、金属端子がセンサ素子に近づく方向に力が加わった場合は、碍子接点部が支点、端子接点部が作用点となる。このときは端子接点部が電極形成面から浮く方向の力が作用する。しかし、支点となる碍子接点部と力点との距離が近いため、端子接点部の接触圧を低下させるには非常に大きな力が必要なる。ガスセンサ組み立て時の作用力では、接触圧を低下させるだけの力は発生しないので、センサセルの検出精度等に影響を及ぼすことはない。

第２の発明においては、上記センサ素子の上記基端部を上記二対の金属端子の間に挿入する際、上記碍子接点部が上記端子接点部よりも軸方向基端側に配されるようにする。これにより、上記第１の発明にかかるガスセンサを容易に製造することができ、電極パッドと金属端子との安定した導通を確保することができるガスセンサを得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、電極パッドと金属端子との安定した導通を確保することができるガスセンサ及びその製造方法を提供することができる。

実施例１における、センサ素子を把持した端子ユニットの断面図。 実施例１における、基端側絶縁碍子と金属端子とバネ部材との位置関係を示す説明図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、ガスセンサの断面図。 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。 実施例１における、センサ素子の斜視図。 実施例１における、端子接点部と碍子接点部と押圧点との位置関係を示す説明図。 実施例１における、端子接点部と碍子接点部と押圧点との他の位置関係を示す説明図。 実施例１における、端子接点部と碍子接点部と押圧点とのさらに他の位置関係を示す説明図。 実施例１における、屈曲部を設けた金属端子の側面図。 実施例１における、一方の基端側絶縁碍子の斜視図。 実施例１における、他方の基端側絶縁碍子の斜視図。 実施例１における、一方の基端側絶縁碍子にセンサ素子を配置した状態を示す正面図。 実施例１における、金属端子を組付けた一対の基端側絶縁碍子の斜視図。 実施例１における、金属端子を組付けた一対の基端側絶縁碍子の斜視図であって、図１４とは反対側から見た斜視図。 実施例１における、金属端子を組付けた一対の基端側絶縁碍子を重ね合わせた状態の斜視図。 実施例１における、端子ユニットの斜視図。 実施例１における、組付け前のセンサ素子と端子ユニットの説明図。 実施例１における、組付け後のセンサ素子と端子ユニットの説明図。 実施例１における、端子ユニットの側方に引き離し治具を配置した状態の斜視説明図。 実施例１における、端子ユニットの側方凹部に引き離し治具を挿入した状態の断面説明図。 実施例１における、二対の引き離し治具を引き離して金属端子の間の距離を拡げた状態の断面説明図。 実施例１における、金属端子の間にセンサ素子の基端部を挿入した状態の断面説明図。 実施例１における、端子ユニットにセンサ素子の基端部を挟持させた状態の断面説明図。 端子接点部と碍子接点部との位置関係が本発明と逆の場合における不具合の説明図。 実施例１における、端子接点部と碍子接点部との位置関係による作用効果の説明図。 実施例１における、押圧点が一つであることによる作用効果の説明図。 押圧点が２つである場合において生じることがある不具合の説明図。 センサ位置決め突出部が一対の基端側絶縁碍子にそれぞれ一つずつ形成されている場合の不具合の説明図。 実施例２における、（Ａ）湾曲した屈曲部を設けた金属端子の側面図、（Ｂ）鈍角状に屈曲した屈曲部を設けた金属端子の側面図。 従来例における、センサ素子を把持した基端側絶縁碍子の断面説明図。

上記第１の発明又は上記第２の発明において、上記ガスセンサとしては、例えば、自動車エンジン等の各種内燃機関の排気管に設置して、排ガス等の被測定ガス中の酸素濃度に応じた限界電流値によって空燃比を測定するＡ／Ｆセンサ、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
また、本願において、上記ガスセンサを排気管等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

第１の発明において、上記碍子接点部は、上記基端側絶縁碍子から上記センサ素子に向かって突出していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記碍子接点部を容易かつ確実にセンサ素子の電極形成面に当接させることができる。

また、上記碍子接点部は、上記各基端側絶縁碍子に１個ずつ形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、一つの電極形成面に対して、上記碍子接点部と２つの端子接点部との三点において端子ユニットが当接することとなるため、端子ユニットによるセンサ素子の把持をより安定化させることができる。その結果、端子接点部における導通状態を一層安定化させることができる。

また、上記バネ部材が上記各基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、それぞれ一箇所であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、幅方向に配された上記一対の端子接点部における接点圧を均等にすることができる。すなわち、バネ部材の押圧点を複数箇所とすると、それぞれの押圧点における押圧力に差が生じた場合、上記一対の端子接点部における接点圧にもバラツキが生ずるおそれがある。これに対し、バネ部材の押圧点が一箇所である場合には、この一箇所における押圧力を均等に上記一対の端子接点部に分散させることができる。

また、上記バネ部材と上記基端側絶縁碍子との互いの当接部は、一方に凹部を、他方に凸部を設けてなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記バネ部材と上記基端側絶縁碍子との位置決めを行うことができ、端子接点部及び碍子接点部における接点圧のバラツキを抑制することができる。
上記バネ部材における上記基端側絶縁碍子に当接する部分が凸部の場合、上記基端側絶縁碍子は、上記バネ部材が当接する部分に、上記凸部に対応する凹部を設けてなることが好ましい。また上記バネ部材における上記基端側絶縁碍子に当接する部分が凹部の場合、上記基端側絶縁碍子は、上記バネ部材が当接する部分に、上記凹部に対応する凸部を設けてなることが好ましい

また、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形の内側に投影されることが好ましい（請求項６）。
この場合には、碍子接点部及び一対の端子接点部における接点圧のバラツキを効果的に抑制することができる。これにより、端子ユニットによるセンサ素子の把持を安定化させることができる。

また、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形と重心を共有する長方形の内側に投影され、該長方形は、軸方向に直交する方向の幅が上記一対の端子接点部間の距離の半分であり、軸方向の長さが上記三角形の高さの２／３であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、碍子接点部及び一対の端子接点部における接点圧のバラツキをより効果的に抑制することができる。これにより、端子ユニットによるセンサ素子の把持をより安定化させることができる。

また、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形の重心に投影されることが好ましい（請求項８）。
この場合には、碍子接点部及び一対の端子接点部における接点圧をほぼ均等にすることができる。これにより、端子ユニットによるセンサ素子の把持をさらに安定化させることができる。
ここで、上記「重心に投影される」とは、実質的に重心に投影されているに等しいといえる範囲であればよく、部品寸法や組み付けのばらつきを考慮して、例えば、重心を中心とし、軸方向と幅方向へそれぞれ０．２ｍｍ程度以内の範囲に押圧点が投影されることを意味する。

また、上記ガスセンサは、上記金属端子と電気的に接続されたリード線を有し、上記金属端子は、上記リード線の一端にかしめ固定したかしめ固定部を有し、該かしめ固定部と上記端子接点部との間に屈曲部を設けてなることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記リード線からの外力を上記屈曲部において吸収して、外力が上記金属端子の端子接点部に作用することを抑制することができる。

また、上記センサ素子は、上記端子ユニットの基端よりも基端側へ突出していることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、センサ素子を挟んで対向配置された金属端子同士の短絡を効果的に防止することができる。すなわち、上記金属端子同士が、基端側絶縁碍子の基端部よりも基端側の部分において、外力を吸収して互いに近づく方向に変形することが考えられる。この場合、上記センサ素子は、上記端子ユニットの基端よりも基端側へ突出していないとすると、金属端子の変形が大きくなり、互いの間の電気的絶縁を維持できず短絡してしまうおそれがある。そのため上記センサ素子を基端側へ突出すことにより、絶縁体として作用し、金属端子同士の短絡を防ぐことができる。

次に、第１の発明又は第２の発明において、上記一対の基端側絶縁碍子のうち一方の基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の幅方向を位置決めする一対のセンサ位置決め突出部を設けてなり、他方の上記基端側絶縁碍子は、上記一対のセンサ位置決め突出部に対する位置決めを行うための一対の碍子位置決め突出部を設けてなることが好ましい（請求項１１、請求項１３）。
この場合には、上記ガスセンサを組み立てる際、上記センサ素子を端子ユニットに容易に挿通させることができる。すなわち、上記センサ位置決め突出部が仮に一対の基端側絶縁碍子にそれぞれ一つずつ形成されている場合、両者を組み合わせたときにずれがあると、センサ素子がセンサ位置決め突出部に引っ掛かってしまうことがある。これに対して、一対のセンサ位置決め突出部を一方の基端側絶縁碍子に形成することにより、上記のような引っ掛かりを確実に防ぐことができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサ及びその製造方法につき、図１〜図２８を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図４、図５に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子２と、該センサ素子２を挿通保持する挿通保持用絶縁碍子１１と、該挿通保持用絶縁碍子１１を挿通保持するハウジング１２とを有する。

センサ素子２は、図３、図６に示すごとく、発熱部及びセンサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッド２１を、挿通保持用絶縁碍子１１に保持された部分よりも基端側の部分である基端部２２に設けてなる。電極パッド２１は、センサ素子２における互いに略平行な一方の電極形成面２３と他方の電極形成面２３とに、それぞれ各電極形成面２３の幅方向に二個ずつ並列配置されている。

図１、図３、図４に示すごとく、センサ素子２の基端部２２は、端子ユニット３によって把持されている。端子ユニット３は、センサ素子２の基端部２２を一対の電極形成面２３から挟持するように配された一対の基端側絶縁碍子３１と、該基端側絶縁碍子３１の内側面に配設されると共に電極パッド２１にそれぞれ接触する金属端子３２と、上記一対の基端側絶縁碍子３１を互いに近付く方向に押圧するバネ部材３３とからなる。

基端側絶縁碍子３１は、図１、図２に示すごとく、センサ素子２の電極形成面２３に接触する碍子接点部３１６を有する。碍子接点部３１６は、金属端子３２と電極パッド２１とが接触する端子接点部３２２よりも、センサ素子２の軸方向基端側に配されている。
碍子接点部３１６は、基端側絶縁碍子３１からセンサ素子２に向かって略半球状に突出している。
また、碍子接点部３１６は、各基端側絶縁碍子３１に１個ずつ形成されている。

バネ部材３３は、基端側絶縁碍子３１に当接する部分に凸部３３１を設け、基端側絶縁碍子３１は、バネ部材３３が当接する部分に、凸部３３１に対応する凹部３１１を設けてなる。
また、図２に示すごとく、バネ部材３３が各基端側絶縁碍子３１を押圧する押圧点３３２は、それぞれ一箇所である。そして、押圧点３３２は、各押圧点３３２側の電極形成面２３における碍子接点部３１６及び一対の端子接点部３２２を直線で結んで形成される三角形Ｔ（図７）の内側に投影される。

また、押圧点３３２は、図８に示すような、三角形Ｔと重心Ｕを共有する長方形Ｓの内側に投影されることがより好ましい。この長方形Ｓは、軸方向に直交する方向の幅が一対の端子接点部３２２間の距離の半分であり、軸方向の長さが三角形Ｔの高さの２／３である。
さらに、押圧点３３２は、図９に示すような、三角形Ｔの重心Ｕに投影されることがより好ましい。ここで、「重心Ｕに投影される」とは、実質的に重心Ｕに投影されているに等しいといえる範囲であればよい。すなわち、部品寸法や組み付けのばらつきを考慮して、重心Ｕを中心とし、軸方向と幅方向へそれぞれ０．２ｍｍ程度以内の範囲に押圧点３２２が投影されることを意味する。

なお、ここで、図２に示すごとく、バネ部材３３の凸部３３１は平面視円形状であり、その中心を押圧点３３２としている。また、金属端子３２及び基端側絶縁碍子３１も、それぞれ端子接点部３２２及び碍子接点部３１６となる部分がセンサ素子２側に突出するように凸部を形成しており、その平面視における重心の位置を端子接点部３２２、碍子接点部３１６としている。

バネ部材３３は、板ばねからなり、図１、図１６に示すごとく、平板状の底板部３３３と該底板部３３３の両端から同じ面側へ屈曲した一対の立上り部３３４とからなる。そして、該一対の立上り部３３４の先端部付近に、上記凸部３３１が形成されている。また、底板部３３３には、センサ素子２が挿通される開口部３３５が形成されている。

図３、図１１、図１３に示すごとく、上記一対の基端側絶縁碍子３１のうち一方の基端側絶縁碍子３１ａは、センサ素子２の幅方向を位置決めする一対のセンサ位置決め突出部３１２を設けてなる。また、図３、図１２に示すごとく、他方の基端側絶縁碍子３１は、上記一対のセンサ位置決め突出部３１２に対する位置決めを行うための一対の碍子位置決め突出部３１３を設けてなる。

また、図１４、図１５に示すごとく、一対の基端側絶縁碍子３１には、それぞれ２つずつ金属端子３２が取り付けられている。金属端子３２は、センサ位置決め突出部３１２或いは碍子位置決め突出部３１３が形成されていない基端側絶縁碍子３１の内側面３１０に沿って配設してある。
また、基端側絶縁碍子３１は、図１１、図１２に示すごとく、その基端部と先端部とにそれぞれ二個の切込部３１４を形成してなる。そして、この切込部３１４に対して、図１４、図１５に示すごとく、金属端子３２の係止部３２１を係止させている。
また、図３、図２０に示すごとく、端子ユニット３は、センサ素子２の軸方向に直交すると共に電極形成面２３に平行な異なる二方向にそれぞれ開口した側方凹部３５を、一対の基端側絶縁碍子３１の間に形成してなる。

また、ガスセンサ１は、図４、図５に示すごとく、ハウジング１２の先端側に、センサ素子２の先端部を覆う内側素子カバー１５１と外側素子カバー１５２とを配設してなる。内側素子カバー１５１及び外側カバー１５２には、通気孔１５３、１５４がそれぞれ形成されている。
また、ハウジング１２の基端側には、端子ユニット３を覆うように基端側カバー１６が接合されている。基端側カバー１６の基端部は、ゴムブッシュ１６１によって閉塞されており、ゴムブッシュ１６１の内部を、金属端子３２と電気的に接続されたリード線１７が貫通している。

また、端子ユニット３は、基端側カバー１６及び挿通保持用絶縁碍子１１に接触していない。
図１０に示すごとく、金属端子３２は、リード線１７の一端にかしめ固定したかしめ固定部３２３を有し、該かしめ固定部３２３と端子接点部３２２との間に屈曲部３２４を設けてなる。
図１、図４、図５に示すごとく、センサ素子２は、端子ユニット３の基端よりも基端側へ突出している。

本例のガスセンサ１を製造するに当っては、まず、図１４〜図１９に示すごとく、端子ユニット３を組み立てる。
すなわち、まず、図１４、図１５に示すごとく、一対の基端側絶縁碍子３１のそれぞれに、２本の金属端子３２を取付ける。
次いで、図１６に示すごとく、金属端子３２を取付けた一対の基端側絶縁碍子３１を、それらの内側面３１０を対向させるようにして組合わせる。
次いで、図１６、図１７に示すごとく、バネ部材３３を、組み合わされた一対の基端側絶縁碍子３１に先端側から嵌め込み（図１６の矢印Ｃ）、挟持させる。このとき、バネ部材３３の凸部３３１を、基端側絶縁碍子３１の背面に設けた凹部３１１に当接させる（図１）。
以上により、端子ユニット３が組み立てられる。

また、図１８に示すごとく、センサ素子２は、ハウジング１１及び挿通用絶縁碍子１１に挿通しておく。すなわち、センサ素子２がハウジング１１に保持された挿通用絶縁碍子１１に挿通保持された状態で、以下に説明するセンサ素子２の基端部２２への端子ユニット３の取付を行う。

次いで、端子ユニット３における一対の基端側絶縁碍子３１に対して、図２２に示すごとく、バネ部材３３の押圧力に抗する引き離し力を加える。これにより、二対の金属端子３２の間にセンサ素子２の基端部２２における一対の電極形成面２３の間の厚みよりも大きい隙間ができるまで互いに引き離す。

すなわち、図２０、図２１に示すごとく、端子ユニット３には、側方に開口した側方凹部３５が、一対の側面に形成されている。これらの側方凹部３５は、一対の基端側絶縁碍子３１の間に形成されている。そして、この側方凹部３５の形成位置に対応して挿入端４１を設けてなる二対の引き離し治具４を用意する。

そして、図２０に示すごとく、一対の引き離し治具４を、互いに挿入端４１を重ねた状態で、端子ユニット３の側方に配置する。
次いで、図２１に示すごとく、端子ユニット３における各側方凹部３５に、それぞれ、重ね合わされた挿入端４１を挿入する（図２０、図２１における矢印Ｄ）。

次いで、図２２に示すごとく、それぞれ重ね合わされた二対の引き離し治具４を、互いに離れる方向に相対的に移動させる。これにより、挿入端４１によって係止された一対の基端側絶縁碍子３１が互いに離れる方向に移動する。このとき、一対の基端側絶縁碍子３１に取付けられた金属端子３２の間には、センサ素子２の基端部２２の厚みよりも大きい間隙が形成されるようにする。

次いで、図１８、図１９、図２３に示すごとく、センサ素子２の基端部２２を、二対の金属端子３２の間に挿入する（図１８の矢印Ｇ）。
次いで、図２４に示すごとく、一対の基端側絶縁碍子３１への引き離し力を解除することにより、二対の金属端子３２をセンサ素子２の電極パッド２１に接触させた状態で、センサ素子２の基端部２２を端子ユニット３により把持させる。

すなわち、二対の引き離し治具４を再び重ね合わせることにより、一対の基端側絶縁碍子３１及び金属端子３２によって、センサ素子２の基端部２２が挟持される。このとき、基端側絶縁碍子３１の碍子接点部３１６がセンサ素子２の電極形成面２３に当接し、基端側絶縁碍子３１に取付けられた金属端子３２の端子接点部３２２が、センサ素子２の電極パッド２１に当接する。

次いで、引き離し治具４を、端子ユニット３から離れる方向に後退させ（矢印Ｅ）、側方凹部３５から引き離し治具４の挿入端４１を抜く。
以上により、端子ユニット３をセンサ素子２の基端部２２に挟持させる。
その後、基端側カバー１６をハウジング１２の基端側に接合することにより、端子ユニット３等を覆い、図４、図５に示すようなガスセンサ１を得る。

次に、本例の作用効果につき説明する。
基端側絶縁碍子３１は、センサ素子２の電極形成面２３に接触する碍子接点部３１６を有する。そのため、金属端子３２を固定した基端側絶縁碍子３１は、電極形成面２３に対して少なくとも３点で接触することとなる。すなわち、碍子接点部３１６と２つの端子接点部３２２とにおいて、金属端子３２を固定した基端側絶縁碍子３１が電極形成面２３に当接することとなる。そのため、金属端子３２を固定した基端側絶縁碍子３１とセンサ素子２との当接状態、すなわち、端子ユニット３によるセンサ素子２の把持状態を安定化することができる。
それゆえ、電極パッド２１と金属端子３２との接触圧の変動を防いで、安定した導通を確保することができる。

また、碍子接点部３１６は端子接点部３２２よりも軸方向基端側に配されている。そのため、ガスセンサ１の組み立て時における金属端子３２に外力が作用しても端子接点部３２２における導通状態を維持することができる。
すなわち、ガスセンサ組み立て時は、図２５、図２６に示すごとく、基端側絶縁碍子３１の基端側に固定された金属端子３２の基端部３２５を力点として外力が発生する。それゆえ、仮に図２５に示すごとく、碍子接点部３１６より端子接点部３２２が基端側に配された場合、センサ素子２から離れる方向への力Ｆ１が加わると、碍子接点部３１６を支点として、端子接点部３２２が電極形成面２３から浮こうとし、その接触圧が低下し導通不良を招くおそれがある。

これに対して、図２６に示すごとく、端子接点部３２２を碍子接点部３１６よりも軸方向先端側に配したことにより、上記と同様な力Ｆ１が作用したとき、端子接点部３２２が支点となって碍子接点部３１６が電極形成面２３（電極パッド２１）から浮こうとする。しかし、碍子接点部３１６はセンサセルの検出精度等には影響せず、また端子接点部３２２の接触圧は増加するので問題ない。そのため、端子接点部３２２における導通状態を維持することができる。

また、力Ｆ１の向きが上記とは逆のセンサ素子２へ近づく方向へ加わる場合、本発明（図２６）の構成では、碍子接点部３１６が支点、端子接点部３２２が作用点となり、端子接点部３２２が電極形成面２３から浮く方向の力が作用する。しかし、支点となる碍子接点部３１６と力点である基端部３２５との距離が近いため、端子接点部３２２の接触圧を低下させるには非常に大きな力が必要となる。ガスセンサ組み立て時の作用力では、接触圧を低下させるだけの力は発生しないので、センサセルの検出制度等に影響を及ぼすことはない。
なお、図２５、図２６において、Ｆ２は、バネ部材３３による押圧力を表す。

また、碍子接点部３１６は、基端側絶縁碍子３１からセンサ素子２に向かって突出しているため、碍子接点部３１６を容易かつ確実にセンサ素子２の電極形成面２３に当接させることができる。
また、碍子接点部３１６は、各基端側絶縁碍子３１に１個ずつ形成されている。そのため、一つの電極形成面２３に対して、碍子接点部３１６と２つの端子接点部との三点において端子ユニット３が当接することとなるため、端子ユニット３によるセンサ素子２の把持をより安定化させることができる。その結果、端子接点部３２２における導通状態を一層安定化させることができる。

また、バネ部材３３が上記各基端側絶縁碍子３１を押圧する押圧点３３２は、それぞれ一箇所である。これにより、図２７に示すごとく、幅方向に配された上記一対の端子接点部３２２における接点圧Ｐ１、Ｐ２を均等にすることができる。すなわち、仮に、図２８に示すごとく、バネ部材３３の押圧点３３２を複数箇所とすると、それぞれの押圧点３３２における押圧力Ｆ２１、Ｆ２２に差が生じた場合、上記一対の端子接点部３２２における接点圧Ｐ１、Ｐ２にもバラツキが生ずるおそれがある。これに対し、図２７に示すごとく、バネ部材３３の押圧点３３２が一箇所である場合には、この一箇所における押圧力Ｆ２を均等に上記一対の端子接点部３２２に分散させることができる。

また、図１に示すごとく、バネ部材３３は凸部３３１を設け、基端側絶縁碍子３１は凹部３１１を設けてなる。これにより、バネ部材３３と基端側絶縁碍子３１との位置決めを行うことができ、端子接点部３２２及び碍子接点部３１６における接点圧のバラツキを抑制することができる。

また、バネ部材３３が基端側絶縁碍子３１を押圧する押圧点３３２は、各押圧点３３２側の電極形成面２３における碍子接点部３１６及び一対の端子接点部３２２を直線で結んで形成される三角形Ｔ（図７）の内側に投影される。そのため、碍子接点部３１６及び一対の端子接点部３２２における接点圧のバラツキを効果的に抑制することができる。これにより、端子ユニット３によるセンサ素子２の把持を安定化させることができる。

また、押圧点３２２が長方形Ｓ（図８）の内側に投影されている場合には、碍子接点部３１６及び一対の端子接点部３２２における接点圧のバラツキをより効果的に抑制することができる。これにより、端子ユニット３によるセンサ素子２の把持をより安定化させることができる。
さらに、押圧点３２２が三角形Ｔの重心Ｕ（図９）に投影される場合には、端子ユニット３によるセンサ素子２の把持をさらに安定化させることができる。

また、金属端子３１は、かしめ固定部１５と端子接点部３２２との間に屈曲部３２４を設けてなるため、リード線１７からの外力を屈曲部３２４において吸収して、外力が金属端子３２の端子接点部３２２に作用することを抑制することができる。

また、センサ素子２は、端子ユニット３の基端よりも基端側へ突出している。そのため、センサ素子２を挟んで対向配置された金属端子３２同士の短絡を効果的に防止することができる。すなわち、金属端子３２同士が、基端側絶縁碍子３１の基端部よりも基端側の部分（本例においては特に屈曲部３２４）において、リード線１７からの外力を吸収して互いに近づく方向に変形することが考えられる。この場合、センサ素子２は、端子ユニット３の基端よりも基端側へ突出していないとすると、金属端子３２の変形が大きくなり、互いの間の電気的絶縁を維持できず短絡してしまうおそれがある。そのためセンサ素子２を基端側へ突出すことにより、絶縁体として作用し、金属端子３２同士の短絡を防ぐことができる。

また、一対の基端側絶縁碍子３１のうち一方の基端側絶縁碍子３１ａは、一対のセンサ位置決め突出部３１２を設けてなり、他方の基端側絶縁碍子３１ｂは、一対の碍子位置決め突出部３１３を設けてなる。これにより、ガスセンサ１を組み立てる際、センサ素子２を端子ユニット３に容易に挿通させることができる。すなわち、図２９に示すごとく、センサ位置決め突出部３１２が仮に一対の基端側絶縁碍子３１にそれぞれ一つずつ形成されている場合、両者（実線で表した基端側絶縁碍子３１と破線で表した基端側絶縁碍子３１）を組み合わせたときにずれがあると、センサ素子２がセンサ位置決め突出部３１２（ずれによって形成される段差部３１９）に引っ掛かってしまうことがある。これに対して、一対のセンサ位置決め突出部３１２を一方の基端側絶縁碍子３１に形成することにより、上記のような引っ掛かりを確実に防ぐことができる。

以上のごとく、本例によれば、電極パッドと金属端子との安定した導通を確保することができるガスセンサ及びその製造方法を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図３０に示すごとく、金属端子３２のかしめ固定部３２３と端子接点部３２２との間に設ける屈曲部３２４の形状を変更した例である。
すなわち、屈曲部３２４は、かしめ固定部３２３に作用した外力が端子接点部３２２に直接伝わることを防ぐ形状であればよい。そのため、例えば、図３０（Ａ）に示すような、屈曲方向が実施例１の場合と反対側となる湾曲形状であってもよいし、図３０（Ｂ）に示すような鈍角の屈曲形状であってもよい。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。

１ ガスセンサ
１１ 挿通保持用絶縁碍子
１２ ハウジング
２ センサ素子
２１ 電極パッド
２２ 基端部
２３ 電極形成面
３ 端子ユニット
３１ 基端側絶縁碍子
３１６ 碍子接点部
３２ 金属端子
３２２ 端子接点部
３３ バネ部材

Claims (13)

1. 酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する挿通保持用絶縁碍子と、該挿通保持用絶縁碍子を挿通保持するハウジングとを有するガスセンサであって、
   上記センサ素子は、上記発熱部及び上記センサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッドを、上記挿通保持用絶縁碍子に挿通保持された部分よりも基端側の部分である基端部の表面に設けてなり、該電極パッドは、上記センサ素子における互いに略平行な一方の電極形成面と他方の電極形成面とに、それぞれ各電極形成面の幅方向に二個ずつ並列配置されており、
   上記センサ素子の上記基端部は、該基端部を上記一対の電極形成面から挟持するように配された一対の基端側絶縁碍子と、該基端側絶縁碍子の内側面に配設されると共に上記電極パッドにそれぞれ接触する金属端子と、上記一対の基端側絶縁碍子を互いに近付く方向に押圧するバネ部材とからなる端子ユニットによって把持されており、
   上記基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の上記電極形成面に接触する碍子接点部を有し、
   該碍子接点部は、上記金属端子と上記電極パッドとが接触する端子接点部よりも、上記センサ素子の軸方向基端側に配されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１において、上記碍子接点部は、上記基端側絶縁碍子から上記センサ素子に向かって突出していることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項１又は２において、上記碍子接点部は、上記各基端側絶縁碍子に１個ずつ形成されていることを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記バネ部材が上記各基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、それぞれ一箇所であることを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記バネ部材と上記基端側絶縁碍子との互いの当接部は、一方に凹部を、他方に凸部を設けてなることを特徴とするガスセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形の内側に投影されることを特徴とするガスセンサ。
7. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形と重心を共有する長方形の内側に投影され、該長方形は、軸方向に直交する方向の幅が上記一対の端子接点部間の距離の半分であり、軸方向の長さが上記三角形の高さの２／３であることを特徴とするガスセンサ。
8. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記バネ部材が上記基端側絶縁碍子を押圧する押圧点は、各押圧点側の上記電極形成面における上記碍子接点部及び上記一対の端子接点部を直線で結んで形成される三角形の重心に投影されることを特徴とするガスセンサ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記ガスセンサは、上記金属端子と電気的に接続されたリード線を有し、上記金属端子は、上記リード線の一端にかしめ固定したかしめ固定部を有し、該かしめ固定部と上記端子接点部との間に屈曲部を設けてなることを特徴とするガスセンサ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記センサ素子は、上記端子ユニットの基端よりも基端側へ突出していることを特徴とするガスセンサ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項において、上記一対の基端側絶縁碍子のうち一方の基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の幅方向を位置決めする一対のセンサ位置決め突出部を設けてなり、他方の上記基端側絶縁碍子は、上記一対のセンサ位置決め突出部に対する位置決めを行うための一対の碍子位置決め突出部を設けてなることを特徴とするガスセンサ。
12. 酸素イオン伝導性の固体電解質体の両面にセンサ電極を設けてなるセンサセルと該センサセルを加熱する発熱部を有するヒータとを一体的に形成したセンサ素子と、該センサ素子を挿通保持する挿通保持用絶縁碍子と、該挿通保持用絶縁碍子を挿通保持するハウジングとを有し、上記センサ素子は、上記発熱部及び上記センサ電極にそれぞれ電気的に接続された二対の電極パッドを、上記挿通保持用絶縁碍子に挿通保持された部分よりも基端側の部分である基端部の表面に設けてなり、該電極パッドは、上記センサ素子における互いに略平行な一方の電極形成面と他方の電極形成面とに、それぞれ各電極形成面の幅方向に二個ずつ並列配置されているガスセンサを製造する方法であって、
    上記センサ素子の上記基端部を上記一対の電極形成面から挟持することができるように配された一対の基端側絶縁碍子と、該基端側絶縁碍子の内側面に配設されると共に上記電極パッドにそれぞれ接触させるための金属端子と、上記一対の基端側絶縁碍子を互いに近付く方向に押圧するバネ部材とからなる端子ユニットを作製し、
    次いで、該端子ユニットにおける上記一対の基端側絶縁碍子を、上記バネ部材の押圧力に抗する引き離し力を加えることにより、上記二対の金属端子の間に上記センサ素子の上記基端部における一対の上記電極形成面の間の厚みよりも大きい隙間ができるまで互いに引き離し、
    次いで、上記センサ素子の上記基端部を、上記二対の金属端子の間に挿入し、
    次いで、上記一対の基端側絶縁碍子への上記引き離し力を解除することにより、上記二対の金属端子を上記センサ素子の上記電極パッドに接触させると共に上記基端側絶縁碍子を上記電極形成面に接触させた状態で、上記センサ素子の上記基端部を上記端子ユニットにより把持させ、
    上記基端側絶縁碍子と上記センサ素子の上記電極形成面とが接触する碍子接点部が、上記金属端子と上記電極パッドとが接触する端子接点部よりも、上記センサ素子の軸方向基端側に配されるようにすることを特徴とするガスセンサの製造方法。
13. 請求項１２において、上記一対の基端側絶縁碍子のうち一方の基端側絶縁碍子は、上記センサ素子の幅方向を位置決めする一対の素子位置決め突出部を設けてなり、他方の上記基端側絶縁碍子は、上記一対の素子位置決め突出部に対する位置決めを行うための一対の碍子位置決め突出部を設けてなることを特徴とするガスセンサの製造方法。

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