JP5458054B2 - ガスセンサ - Google Patents

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など、測定対象検出用のセンサ素子を備えてなるガスセンサに関する。

ガスセンサ（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金具本体（主体金具）の内部に、軸線方向に延びる長寸の帯板状或いは棒状、又は有底筒状をなすセンサ素子を、その先端側に形成された検出部（検知部）を金具本体の先端から突出させ、後端寄り部位を同金具本体の後端側から突出させるようにして固定し、このセンサ素子を金具本体の後方に同軸状にして固定された筒状体（金属製カバー）内に配置した構造を有している。このようなガスセンサ（以下、単にセンサともいう）では、そのセンサ素子（以下、単に素子ともいう）が例えば帯板状の素子の場合には、その後端寄り部位の対向する両表面（両側面）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ーへの通電用などの電極端子を含めた複数の電極端子（以下、単に電極とも言う）を、素子の幅方向（横方向）に間隔をおいて備えている。そして、これらの各電極端子と、筒状体の後方からセンサの外部に引き出される各リード線との電気的な接続は次のようになされている。すなわち、金具本体の後方の筒状体内において、各リードの先端にかしめ等により取着（接続）された端子金具（金属端子又はリードフレーム）を用い、それを各電極端子に押付けるなどしてその間の電気的な接続をとっている。

一方、各端子金具相互間の絶縁の確保のため、上記筒状体内には、セラミック等の絶縁材からなり、例えば筒状に形成された端子金具保持部材（以下、セパレータ）を配置している。そして、このセパレータ内に形成された、各端子金具の配置用の各スペースに、各リード線の先端に取着された端子金具を配置することで、端子金具相互間の絶縁を確保している。また、この筒状体（外筒）内の後端側には、ゴム状弾性体からなるシール部材（ゴム栓）が装填されるように配置されている。リード線はこのシール部材を先後に貫通させて後方に引き出されており、筒状体の後端寄り部位の外周面を縮径状に加締めることでこのシール部材を圧縮し、筒状体の内周面とシール部材の外周面との間、及びリード線の挿通穴部におけるシールを確保している。なお、この種のガスセンサでは、被測定ガスと基準ガス（大気）における酸素の濃度差に対応して発生する電位差に基づいて、その濃度を検出するよう構成されているため、センサ内に基準ガス（大気）を取り込む（導入する）ための基準ガス（大気）導入口が設けられる。このような導入口には、センサ内への水等の侵入を防止するため、撥水性及び通気性を有するフィルタ（又は筒体に膜フィルタを被せてなるようなフィルタユニット。以下、フィルタユニットを含めてフィルタという）が設けられる。そして、このようなフィルタは、例えば、シール部材において先後に貫通する貫通部（穴）内に設けられる（特許文献１（図１）参照）。

ところで、前記した構成のセンサにおいて、セパレータは、その外周面において外向きに突出するフランジを有しており、そのセパレータの外周面と筒状体の内周面との間であって、そのフランジの先端向き面に環状（筒状）の支持金具（付勢金具）の後端を当接状にして配置し、セパレータを支持、固定している。より詳しくは、この支持金具の後端でセパレータにおけるフランジの先端向き面を支持させるようにし、この支持金具の外周面に対応する筒状体の部位を縮径状に加締め、この支持金具も縮径状に変形させることで、セパレータを筒状体内において径方向に圧縮するようにして、それを支持、固定している。なお、このとき、支持金具の後端でフランジを介してセパレータを後方に押圧し、セパレータの後端を、筒状体内の後端側に配置されたシール部材の先端にて支持するようにし、セパレータは筒状体内において先後方向に挟み付けるようにされ、その位置決めがなされている。

特開２０１０−２５７３１号公報

上記構成のセンサでは、筒状体を縮径状に加締めることによって、環状（筒状）の支持金具を介して、セパレータを筒状体の内側において支持、固定する構成をなしている。このため、その支持、固定のために、別部品である支持金具を要している。また、筒状体のうち、支持金具に対応する外側部位を縮径状にカシメ、これによって支持金具を圧縮変形させ、この変形によりセパレータの外周面を締付ける構成となっている。このように、上記従来の構成のセンサでは、セパレータの支持、固定のため、別部品である支持金具を要する上に、筒状体については、シール部材に対応する部位に加えて、支持金具に対応する部位をもカシメる必要があった。このように、上記従来のセンサでは、部品点数の増大、センサ構造、さらにはその製造工程の複雑化を招いているといった問題があった。

こうした中、本願発明者は、前記構成のセンサにおいて、シール部材の先端の外周寄り部位を先方に向けてスカート状（筒状）に延ばして、セパレータの後端寄り部位の外周面を覆うようにし、その外周面と筒状体の内周面との間にシール部材（ゴム）を筒状に介在させて重ねるようにし、その重なり部位に対応する筒状体の部位を縮径状に加締めることを考えた。このように加締めることとすれば、ゴムを介してセパレータを径方向に圧縮することができるため、筒状体の後端側におけるシールの確保と同時に、セパレータを支持、固定することができる筈である、というものである。

しかし、この種のセパレータは、その内部に設けられた先後の貫通部にリード線の先端や端子金具を通すように形成されている。しかも外部の、基準ガス（大気）を、シール部材に設けられたフィルタを介して、セパレータ内の空間を通してセンサ内に取り込む構成とされていることから、比較的大きな外径を有する部品（例えば、円筒状の部品）となる。このため、上記したようにシール部材にスカート部を設けて、これをセパレータの後端寄り部位の外周面と筒状体の内周面との間に介在させ得るとしても、そのゴムの厚さは薄いものとなってしまう。このため、上記したようにゴムを介してセパレータを径方向に圧縮するように筒状体を加締める場合には、ゴムが潰されて切れたり、或いは、加締め工程における衝撃に基づき、セラミック製のセパレータが割れたりする等の損傷を受ける可能性が高いといった問題があった。しかも、スカート状にゴムを先端側に延ばすと、そのゴムがセンサにおける高温側に位置する（センサ素子の先端に近づく）ことから、シール部材の耐熱性における問題もある。

本発明は、上記した従来のガスセンサにおける如上の問題点に鑑みてなされたもので、支持金具を要することなく、しかも、それを介してセパレータを支持、固定するためのカシメ工程を要することなく、さらに、ゴムが潰されて切れたり、セパレータが損傷を受けたりすることもなく、セパレータの安定した支持、固定、さらには、筒状体の後端における必要なシールが簡易、合理的に得られるガスセンサを提供することをその目的とする。

請求項１に記載の発明は、先端側に検出部を備え後端側に複数の電極端子を備えたセンサ素子の各電極端子に、各リード線の先端に固定された端子金具が電気的に接続されており、該各リード線が、筒状体内の後端側に配置されたゴム状弾性体からなる弾性シール部材を先後に貫通して後方へ引き出されており、該弾性シール部材の外周面に対応する前記筒状体の部位を縮径状にかしめて該弾性シール部材を圧縮して保持してなる構成を有するガスセンサであって、
該筒状体内には、前記各端子金具を、電気的な絶縁を保持して配置するための絶縁部材からなるセパレータが配置されており、しかも、前記弾性シール部材には、撥水性及び通気性を有するフィルタが、ガスセンサ自体の内部に基準ガスを取り込むための先後に貫通する貫通部内に設けられてなるガスセンサにおいて、
前記セパレータは、先後に貫通する中空部を有する中空軸部を備えていると共に、該中空軸部の外周面に、前記各端子金具を周方向に間隔をおいて配置させ得る端子金具間絶縁手段として、前記中空軸部の先端又は先端寄り部位の外周面において周方向に間隔をおいて外向きに突出する凸部を備えており、
該各端子金具を該中空軸部の外周面において絶縁を保持して配置させている一方、
前記弾性シール部材には、該貫通部の後端側に前記フィルタを配置させ、該貫通部における該フィルタの先端側に前記中空軸部の後端寄り部位を入り込ませており、
前記筒状体は、前記弾性シール部材のうち、該貫通部に入り込まされている前記セパレータの前記中空軸部に対応する先後部位において縮径状に加締められていることによって、該弾性シール部材を圧縮すると共に前記セパレータを前記筒状体内において保持していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記各端子金具は、端子金具自体の先後方向における中間部位に、横向きに曲げられた横曲り部を有しており、該横曲り部を前記凸部の先端向き面に係止させ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。

請求項３に記載の発明は、前記各端子金具は、端子金具自体の先後方向における中間部位に、横向きに曲げられた横曲り部を有していると共に、前記凸部の先端向き面において、凹む凹溝又は壁が設けられており、前記横曲り部の少なくとも一部が、該凹溝に嵌り込んでいるか、又は該壁に当接ないし圧接状態にあ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。

本発明では、セパレータを中空軸部を有する構成とし、フィルタを介してその中空部内を通路としてガスセンサ内に基準ガス（大気）を取り入れることができる。しかも、従来のセパレータのように中空軸部の内周面側（中空部）でなく、その外周面（外側）においてリード線の先端及び端子金具を沿わせることとしていることから、中空軸部の外径は、従来のセパレータの外径より小さく（細く）形成できる。このため、弾性シール部材の先後の長さを格別大きくすることなく、その中空軸部の後端寄り部位を弾性シール部材に設けられた貫通部（孔）内に入り込ませることができる。

さらに、中空軸部自体を細くし得るため、筒状体内にセパレータを配置した際には、その中空軸部の外周面と筒状体の内周面との間における半径方向の間隔を、従来のガスセンサ構造に比べると相当程度、大きく確保できる。このため、弾性シール部材の貫通部内にその先端面側から中空軸部を入り込ませるとしても、その中空軸部を包囲する弾性シール部材（例えばゴム。以下、ゴムとも言う）の肉厚を厚く確保できる。したがって、従来のような支持金具を要することなく、筒状体を縮径状に加締めることで、このような肉厚のゴムを圧縮して、セパレータをなす中空軸部を圧縮するものであるから、そのかしめ工程で、ゴムの潰されや切れ、或いは、セパレータのワレの発生の防止効果も図られる上、セパレータの安定した保持及び筒状体の後端側のシールが簡易に得られる。

上記構成の本発明において筒状体をかしめる先後長の範囲やかしめ力（かしめによる圧縮変形量）等は、弾性シール部材内に中空軸部が入り込んでいる範囲において、筒状体の内周面と弾性シール部材の外周面との間のシールと、弾性シール部材中を先後に通されているリード線の外周面とこれを包囲する弾性シール部材との間と、セパレータの中空軸部の外周面と弾性シール部材の貫通部の内周面との間の、それぞれのシール（必要なシール）が確保され、しかも、セパレータの安定した保持が図られる範囲で、適宜に設定すればよい。なお、本発明では、弾性シール部材の先端向き面に開口する貫通部にセパレータにおける中空軸部の後端寄り部位を入り込ませるものである。したがって、弾性シール部材の先後長を大きくして、或いは、従来の弾性シール部材における先端面の外周寄り部位を先端側に向けてスカート状に延ばすものでないため、ゴムの先端がガスセンサの先端側（高熱側）に位置することも防止できる。

端子金具間絶縁手段は、中空軸部の外周面に周方向に連なるフランジを設けてこれに周方向において角度間隔（例えば等角度間隔）で端子金具の挿通用の端子金具挿通穴（独立の穴）を先後方向に貫通状に設けておき、この各端子金具挿通穴内に各端子金具を通すこととしても、絶縁保持手段となすことができる。一方、このようにフランジを設けて端子金具挿通穴を設ける場合には、フランジの外径が大きくなり、フランジの外周面と筒状体の内周面との間隔が小さくなる。このため、筒状体にその外部から衝撃等の外力を受けると筒状体が凹んだりして筒状体がフランジに接触してフランジが割れるなど、損傷を受け易い。これに対して、上記構成の本発明のように端子金具間絶縁手段として凸部とする場合には、凸部の外径を大きくしないことからこうした問題を解消でき、しかも、端子金具間絶縁手段の小径化が図られるため、筒状体ひいてはガスセンサの小型、小径化の要請にも応えられる。

また、請求項２に記載の発明のように、端子金具自体の先後に延びる中間縦部位に、横向きに延びる横曲り部を有しており、該横曲り部を前記凸部の先端向き面に係止させる構成とした場合には、セパレータが先方に移動するのを規制できる。すなわち、リード線は筒状体の後端から後方に引き出されているため、端子金具におけるこのような係止があることにより、セパレータが先方にずれるのが防止されるし、セパレータの先端部分が安定する。さらに、請求項３に記載の構成とした場合には、セパレータの先端部分が、横振れするのを防止する効果が高く、一層、セパレータの安定が確保される。

本発明のガスセンサを具体化した実施形態例の縦断面図、及びその部分横断面図。 図のガスセンサをその軸線Ｇ回りに４５度回転させた部分断面を含む縦断面図、及びその部分横断面図。 図１のＡ部の拡大図。 本例のガスセンサの要部をなす上部の半組立体を後端側から見た分解斜視図。 図４のＣ部の拡大図。 本例のガスセンサの要部をなす上部の半組立体（筒状体を除く）を先端側から見た分解斜視図。 図６における各部品を組立てた状態の先端側から拡大見た斜視図、及び部分拡大図。 Ａは、セパレータを後端側から見た拡大斜視図、Ｂはセパレータを先端側から見た拡大斜視図。 本例のガスセンサの上部の半組立体と、下部の半組立体とを組付ける前の説明用縦断面図。 図９の状態から、上部の半組立体と下部の半組立体とを組付けた状態のカシメ工程前の縦断面図。 セパレータの先端の凹溝に代えて外向きの壁を形成し、この壁に端子金具における横曲がり部を当接又は圧接させ、セパレータの先端に係止させている状態を先端側から見た説明用拡大斜視図。

本発明のガスセンサを具体化した実施形態例（第１実施形態例）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、まずこのガスセンサ１０１の全体について詳細に説明する。図中、１０１は酸素センサであり、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又は棒状の、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、下方が同心で小径の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が配置されている。そして、シール材３３の上には固定板３５が配置され、本体１１の後端寄り部位の、後述する金属製の筒状体８１を外嵌して固定するための円筒部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の内側に同心状にして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（図１下側）を本体１１の先端より所定量（長さ）突出させ、後端寄り部位２３を金具本体１１の後端より所定量（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。ただし、内側のプロテクタは、本体１１の先端の内側の段部に、その後端のフランジを係止するようにして配置されている。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１０１の排気管（図示せず）への取付けにおいて、本体１１のねじ１２をねじ込む際のねじ込み用の多角形部であり、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。

本形態のセンサ１０１において使用されている素子２１は、そのうち、本体１１の後端から突出している後端寄り部位２３には、その幅広面をなす各側部表面（以下、単に表面、又は面ともいう）２６に、２つの電極端子２５が横に並んで形成されている（図７中の２点鎖線図示、参照。なお、図７には片側部の表面２６のみ図示）。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、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。なお、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る。本形態のセンサ１０１は、図９（下図）に示したように、素子２１が本体１１内に固定されている下部の半組立体１００と、次に説明する、それ以外の部品からなる上部（図９の上図）の半組立体１０２に相当する部位とを、後述するように製造の最終工程の直前において組み合わせた後、カシメ等の所要の工程を経ることで製造される。

さて次に、上記において説明したセンサ１０１の下部の半組立体１００以外の部位、すなわち、図９において上部の半組立体１０２をなす部位に相当する部位について、図１、図２等に基づいて説明する。すなわち、センサ１０１の図示上端である筒状体８１の後端から外部には、リード線６１が本形態では４本引き出されており、センサ１０１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がそれぞれ固定されている（図４、図５参照）。なお、筒状体８１は本例では、図示上端側が小径の小径筒部８３を有する異径円筒状をなし、その先端（図１下端）側が、上記したように、本体１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌され、カシメ、及び溶接で固定されている。

端子金具５１は、本形態では、素子２１をなす各面２６に横に並んで形成されたそれぞれ２つの電極２５，２５（図７参照）に押付けられるように、その各面２６側において、２個づつ存在するように配置され、それぞれ次のように形成されている（図４〜図７参照）。すなわち、この端子金具５１は、それぞれ、芯線（リード線６１の先端）にカシメによって圧着固定されるバレル部５２から、図示下方は、平板材（帯板状材）からなり、下向きに延びている。このバレル部５２の直ぐ下で、素子２１の各面２６側のものとも、横に並んだ左右の端子金具５１が近接するようにクランク状に、帯板の面に沿う方向に、すなわち、その面を同じとして横に曲げられてなる横曲り部５２ｂを有している。そして、この横曲り部５２ｂに続いて、先端（図示下）向きに延びる縦辺部５３ｂを有し、この縦辺部５３ｂの先において軸線Ｇ側（素子２１の電極端子２５側）に向けて帯板の面で、略直角に折り曲げられてなる折り曲げ部５３を有し、この折り曲げ部５３から下向きに真っ直ぐに延びる直線部５５と、その直線部５５の下端において、軸線Ｇ側と反対側（外側）を向くように略直角に折り曲げられた外向き折り曲げ片部５７を有している。なお、直線部５５の中間部位のうち、軸線Ｇ側（素子の電極端子２５側）を向く面には、上記した素子２１の電極端子２５にスポット的に押付けられ、電気的に接続されるように突出する凸部５９を備えている（図４〜図６等参照）。

一方、筒状体８１は、上記したように、その後端（図示端）寄り部位が、相対的に若干小径の小径筒部８３をなしており、その内側には、弾性シール部材（ゴムなどからなるゴム状弾性シール部材）１１１が配置されている。この弾性シール部材１１１は、本例では中央に、円柱状をなす外気（基準ガス）取入れ用のフィルタ１２１、及びセパレータ４１の中空軸部４２の後端寄り部位を入り込ませるための一定内径（ストレート）の円柱状の貫通部（中央貫通部）１１２を有し、自由状態の外径がカシメ前の小径筒部８３の内径と同じかそれより小さめの概略円筒状をなしている（図９、図１０参照）。なお、フィルタ１２１は、撥水性、疎水性及び通気性のある素材から形成されている。そして、この弾性シール部材１１１には、端面から見て、この中央貫通部１１２を包囲するように周方向に角度間隔（本例では４等分角度間隔）で、リード線用穴１１３が先後に貫通して設けられており、ここにリード線６１を貫通させている（図４〜図６参照）。なお、弾性シール部材１１１はその後端が小径筒部８３の後端より微量後方に突出されており、その中央貫通部１１２のうち、後端部には内向きに突出し、フィルタ１２１を係止させる内向き環状フランジ１１５を有している。また、弾性シール部材１１１の先端の外周には外向きに突出する外向き環状フランジ１１６を有しており、小径筒部８３より先端側の大径筒部８２との境界部８５にて係止、位置決めされるように形成されている（図３参照）。

しかして、弾性シール部材１１１の中央貫通部１１２には、撥水性及び疎水性のある外気取入れ用のフィルタ１２１が嵌め込まれており、フィルタ１２１の先端側には、セパレータ４１の中空軸部４２の後端寄り部位が嵌合状態で入り込まされている（図１〜図３参照）。本例では、中空軸部４２とフィルタ１２１はともに外径がストレートで同一とされ、中空軸部４２の後端でフィルタ１２１の先端を支持している。そして、筒状体８１の小径筒部８３は、弾性シール部材１１１のうち、その中央貫通部１１２（空孔）に入り込まされているセパレータ４１の中空軸部４２に対応する先後部位において縮径状に加締められている。これにより弾性シール部材１１１はその外周面のうちの中間部位が半径方向に圧縮され、この圧縮により中空軸部４２を圧縮し、セパレータ４１を筒状体８１内において保持している。なお、この圧縮で、小径筒部８３の内周面と弾性シール部材１１１の外周面との間、そして、弾性シール部材１１１のリード線用穴１１３の内周面と各リード線６１の外周面との間など、筒状体８１の後端側の必要なシールが保持されている。

なお、セパレータ４１は、セラミックからなり、中空軸部４２とその外周面における先端側に、軸線方向から見て、周方向に等角度間隔で４つの凸部４３が半径外向きに突出形成されたものとされている（図８参照）。また、中空軸部４２は、弾性シール部材１１１の中央の中央貫通部１１２に緊密に入り込む円筒をなしており、フィルタ１２１から取り込まれる大気（基準ガス）が、図３中、破線矢印で示したように、その中空軸部４２の内部４４を通ってセンサ内に導入できるように構成されている。このような本例では、中空軸部４２はその外周面においてその軸方向にリード線６１を沿わせ、先端側に設けられた凸部４３相互間の凹部４５に、端子金具５１のバレル部５２と上記した横曲り部５２ｂとの間の部位、及びその近傍部位を位置させて、端子金具５１相互間が接触しないようにされている。すなわち、本例では、セパレータ４１における端子金具間絶縁手段を４つの凸部４３に担わせ、それによって端子金具５１を周方向に間隔をおいて配置させている。

また、本例では、セパレータ４１における４つの凸部４３のうち、対向する２つの凸部４３の、根元又はその近傍における先端（先端向き面）に、中空軸部４２の外周円の接線方向に延びる形で凹溝（Ｖ字溝）４６が形成されている（図６〜８参照）。そして、この各凹溝４６には、素子２１の各面２６の２つの電極端子２５に接続される２つの端子金具５１におけるそれぞれの上記した横曲り部５２ｂが、その先端側の縦辺部５３ｂを互いに近接させる配置で、帯板幅の後端側の半分程度が嵌り込まされている（図６、図７参照）。これにより、セパレータ４１が先方に動くのを規制している。なお、リード線６１のうち、筒状体８１の後端から後方に位置する部位を後方（外方）に引張るように適度の力を付与し、セパレータ４１の中空軸部４２の後端で、フィルタ１２１の先端に当接又は圧接している。これによりフィルタ１２１は、中央貫通部１１２内で後端の内向き環状フランジ１１５と、中空軸部４２の後端とで先後に挟まれている。

本例では、端子金具５１は、上記したように素子２１の各面２６側の電極端子２５に、それぞれ２つが押付けられるように設けられているが、具体的には次のような構成とされている。すなわち、４つの端子金具５１は、それぞれ２個が、折り曲げ部５３と外向き折り曲げ片部５７の間に位置する直線部５５を、素子２１の電極端子２５に押付けられる凸部５９を、空隙を介して対面させる形で、横断面が凹型をなす２つ割りの絶縁ブロック部材７１にて挟み込まれるように配置されている（図４、図６、図７参照）。なお、各端子金具５１は、各絶縁ブロック部材７１の先後の各面に設けられた凹部７４，７５に、折り曲げ部５３と外向き折り曲げ片部５７を嵌合させ、その位置決めと絶縁間隔を保持するように設定されている。また、両絶縁ブロック部材７１は、それらを包囲する形で、バネ性により挟み付けるように外嵌めされた環状の挟み付け部材９１にて保持されている（図１、図２、図７参照）。なお、素子２１の電極端子２５と端子金具５１とは、本例では、素子２１の後端寄り部位を、このような両絶縁ブロック部材７１内に配置されているの端子金具５１のうち、互いに向き合う凸部５９相互間の空隙内に挿入された後、導通が確保されている。具体的には、その挿入後、筒状体８１のうち、挟み付け部材９１に対応する部位を縮径状に加締めてその挟み付け部材９１を変形させ、それによって両絶縁ブロック部材７１を挟み付け、その挟み付け力で、端子金具５１の凸部５９を、素子２１の電極端子２５に押付けている。因みに、挟み付け部材９１は、径方向に対向する２箇所が近接するように、内向きに突出する内向き突出部９３を備えており、この内向き突出部９３の内面（板面）９２が、両絶縁ブロック部材７１の外側面７８を挟み付けるように形成されている。

しかして、本例のセンサ１０１の組立においては、弾性シール部材１１１の中央貫通部１１２に、その先端側からフィルタ１２１をはめ込み、次いで、セパレータ４１の中空軸部４２の後端寄り部位をはめ込む。一方、弾性シール部材１１１のリード線用穴１１３に、後端側からリード線６１の先端を挿入して先端側に引き出しておく（図６参照）。そして、そのリード線６１の先端に、端子金具５１のバレル部５２を圧着して固定しておく。他方、上記したようにして絶縁ブロック部材７１に、端子金具５１の直線部５５、及び折り曲げ部５３及び外向き折り曲げ片部５７を組付けるようし、両絶縁ブロック部材７１をその凹状の溝部７２を向き合わせて位置決め、嵌合する（図７参照）。次に、この状態の両絶縁ブロック部材７１を包囲するように挟み付け部材９１を上記したように外嵌めする。なお、その内向き突出部９３が各絶縁ブロック部材７１の外側面７８の凹部７９に嵌り込むようにする。

そして、リード線６１を弾性シール部材１１１の後方から引張るようにする。このとき、各端子金具５１は、セパレータ４１の中空軸部４２の外周面に沿い、かつその先端の端子金具絶縁手段をなす各凸部４３の間（凹部４５）に配置させる。同時に、上記したように、４つの凸部４３のうち、対向する２つの凸部４３の根元又はその近傍における先端（先端向き面）に形成された凹溝４６に、それぞれ素子２１の各面２６の２つの電極端子２５に接続される２つの端子金具５１の各横曲り部５２ｂが、その先端の縦辺部５３ｂを近接させる配置で嵌り込ます（図７参照）。そして、この引張り工程で、セパレータ４１の中空軸部４２の後端でフィルタ１２１を弾性シール部材１１１の中央貫通部１１２内の奥に押込むようにし、両者を弾性シール部材１１１に対する正規の位置に保持する。これより横曲り部５２ｂは凹溝４６に緊密に入り込む。また、弾性シール部材１１１に対し、セパレータ４１が先方に移動するのが規制されるし、セパレータ４１の先端側が横振れするのを防止する作用を果たす。なお、本例では、横曲り部５２ｂをなす帯板はその幅の後端側の半分程度が凹溝４６に入り込むよう設定されている。こうしてリード線６１の後端側を引張るようにしつつ、弾性シール部材１１１側の後方から筒状体８１を被せ、その小径筒部８３内に弾性シール部材１１１が位置するようにすることで、図９の上に示したように、筒状体８１内に、先後方向の位置決めがなされ、各部材を収容してなる上部の半組立体１０２を得る。

一方、別途、組みつけてある上記した素子２１を含む下方の半組立体１００と、前記した上方の半組立体１０２とを、図９に示したように、上下に同軸状に配置する。そして下方の半組立体１００において突出する素子２１の後端寄り部位２３を、端子金具５１を収容している両絶縁ブロック部材７１内のうち、その対向する端子金具５１の凸部５９相互間の空隙の部位に相対的に挿入する。それと同時に、筒状体８１の先端部を金具本体１１の後端寄り部位の円筒部１５の外周面に嵌合させる。こうすることで、図１０に示した仕掛品１０３となる。

そして、この挿入後の仕掛品１０３において、筒状体８１の大径筒部８２における先後位置のうち、挟み付け部材９１に対応する矢印部位Ｄを縮径状に加締める。これにより、内部の挟み付け部材９１を縮径状に圧縮し、その対向する内向き突出部９３を変形させ、その両者間にある両絶縁ブロック部材７１相互を強くはさみつける。これにより、端子金具５１の直線部５５の凸部５９は、素子２１の電極端子２５に押付けられる形で圧接されることになり、その間の電気的導通が保持される。

また、図１０中、例えば、筒状体８１の先端部のうち、金具本体１１の後端寄り部位の円筒部１５の外周面に嵌合させた矢印部位Ｆをカシメて、周方向に全周レーザ溶接する。そして、弾性シール部材１１１に対応する筒状体８１の小径筒部８３のうち、弾性シール部材１１１の貫通部１１２に入り込まされているセパレータ４１の中空軸部４２に対応する先後部位（矢印部位Ｅ）を、縮径状に加締める。かくして、セパレータ４１は筒状体８１の後端側において、弾性シール部材１１１を介して支持、固定されると共に、センサの後端側における必要なシールが確保され、図１のセンサ１０１が得られる。

本形態例のセンサ１０１では、セパレータ４１を中空軸部４２を有する構成としたことから、フィルタ１２１を介してその内部（中空部内）４４を通路としてセンサ１０１内に基準ガス（大気）を取り入れる（導入する）ことができる。また、中空軸部４２の外周面においてリード線６１の先端及び端子金具５１を沿わせることとしている。したがって、中空軸部４２の外径は、従来のセパレータ４１の外径より小さく（細く）できる。このため、弾性シール部材１１１の先後の長さを格別大きくすることなく、その中空軸部４２の後端寄り部位を弾性シール部材１１１に設けられた貫通部（孔）１１２内に入り込ませる構成となすことができる。

さらに、中空軸部４２は、基準ガスを通すことができればよいので、細く形成できるため、弾性シール部材１１１の貫通部１１２内にこの中空軸部４２を入り込ませる構成としても、その中空軸部４２を包囲する弾性シール部材１１１における肉厚を厚く確保できる。したがって、筒状体８１の小径筒部８３を縮径状に加締めることで、この中空軸部４２を包囲する弾性シール部材（ゴム）１１１を圧縮しても、それが厚いため、ゴムの潰されや切れ、或いは、セパレータ４１のワレの発生も防止されるから、セパレータ４１の安定した保持、及び筒状体８１の後端側の必要なシールが確保される。しかも、セパレータ４１の保持に従来のような支持金具を要することもない。

また本例では、フィルタ１２１の外径と、セパレータ４１の中空軸部４２の外径を同じとしているため、フィルタ１２１に過度の圧縮力が付与されないため、その変形防止効果も得られる。なお、フィルタ１２１は、それ自体が通気性のある多孔質体のようなもので、円柱体等の立体としてもよいが、例えば、支持体をなす円筒体に多孔質膜を被せてフィルタ１２１ユニットとしてもよい。いずれも、撥水性、防水性等、液密に優れた素材から形成するのが好ましい。

そして、本例では、端子金具間絶縁手段として、セパレータ４１の外周面の先端側に凸部４３を設けたものとしている。すなわち、フランジを設けて端子金具挿通穴（独立の穴）を必要数、先後方向に貫通状に設けたものとしていないため、端子金具間絶縁手段の小径化が図られる。これにより筒状体８１に外部から衝撃等の外力がかかり、筒状体８１が凹んだりしても、凸部４３が割れることを防止できる。なお、このような凸部４３等の端子金具間絶縁手段は、本例では、中空軸部４２の先端側に設けた場合を例示したが、この位置は、端子金具５１形状、長さ等に応じて、或いは、端子金具５１相互間の絶縁確保に適する範囲で、セパレータ４１の先端から適宜、後方に位置させることとしてもよい。

さらに、本例では、端子金具５１に横曲り部５２ｂを設け、この横曲り部５２ｂをセパレータ４１の先端に係止させているため、セパレータ４１が先方に移動するのを規制できる上、単に係止させるだけでなく、凹溝４６にはまり込ませている。これにより、セパレータ４１は、複数の端子金具５１で安定して挟まれた構成を有していることから、セパレータ４１の先端部分を含むその全体が、横振れするのを防止する効果も大きい。なお、端子金具５１における横曲り部５２ｂは、セパレータ４１の凸部４３の先端の凹溝４６にはまり込ませていなくとも、例えば、図１１に示したように、凹溝４６に代えて外向きの壁４８を形成しておき、この壁４８に、各端子金具５１における横曲り部５２ｂが当接ないし圧接状態にあるように配置しておいても、同様の効果が得られる。

上記形態例では、センサ素子２１として横断面が矩形をなす板状（又は棒状）のものとし、その後端寄り部位の両面に形成された出力取り出し用の電極端子２５と、ヒータへの通電用の電極端子２５に対して接続される各端子金具５１を、セパレータ４１に加えて、別の絶縁部材からなる一対の絶縁ブロック部材７１内を用いて絶縁を保持するように配置し、これをはさみつける等の構成としたが、端子金具５１自体で、その相互間等の絶縁や、素子２１の電極端子２５との電気的接続が安定して保持しえるのであれば、このような絶縁ブロック部材７１や挟み付け部材９１は要しない。また、上記例では、素子２１を板状のものとしたが、先端が閉じた有底筒状のもので、後端寄り部位の内、外面に検出用の電極に連なる電極端子２５を有し、内部にセラミックヒータを挿入してなるような素子を用いる場合においても本発明は適用できる。なお、このような場合には、上記形態における端子金具５１の先端を、そのような素子の各電極端子やヒータの各電極端子との接続が確保できるような従来公知の円筒ばね構造などとしておけばよい。

なお、本発明のセンサを構成する端子金具、弾性シール部材、フィルタ及びセパレータは、上記のものに限定されるものではなく、適宜の素材、構成のものとして具体化できる。すなわち、本発明は、これら各部品の形状、構造、及びその数に関係なく具体化できるなど、適宜に設計変更して具体化できる。また、本発明は素子における電極端子の数に関係なく具体化できることは言うまでもない。

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。また、上記においては酸素センサにおいて具体化したが、本発明に係るガスセンサは、その他のガスセンサにおいても具体化できる。

２１ センサ素子
２１ａ 検出部
２５ 素子の電極端子
４１ セパレータ
４２ セパレータの中空軸部
４３ 凸部（端子金具間絶縁手段）
４４ 中空軸部の中空部
４６ 凸部の先端向き面において凹む凹溝
４８ 凸部の先端向き面において凸となす壁
５１ 端子金具
５２ｂ 端子金具の横曲り部
６１ リード線
８１ 筒状体
１０１ ガスセンサ
１１１ 弾性シール部材
１１２ 弾性シール部材の貫通部
１２１ フィルタ
Ｇ 軸線

Claims (3)

1. 先端側に検出部を備え後端側に複数の電極端子を備えたセンサ素子の各電極端子に、各リード線の先端に固定された端子金具が電気的に接続されており、該各リード線が、筒状体内の後端側に配置されたゴム状弾性体からなる弾性シール部材を先後に貫通して後方へ引き出されており、該弾性シール部材の外周面に対応する前記筒状体の部位を縮径状にかしめて該弾性シール部材を圧縮して保持してなる構成を有するガスセンサであって、
   該筒状体内には、前記各端子金具を、電気的な絶縁を保持して配置するための絶縁部材からなるセパレータが配置されており、しかも、前記弾性シール部材には、撥水性及び通気性を有するフィルタが、ガスセンサ自体の内部に基準ガスを取り込むための先後に貫通する貫通部内に設けられてなるガスセンサにおいて、
   前記セパレータは、先後に貫通する中空部を有する中空軸部を備えていると共に、該中空軸部の外周面に、前記各端子金具を周方向に間隔をおいて配置させ得る端子金具間絶縁手段として、前記中空軸部の先端又は先端寄り部位の外周面において周方向に間隔をおいて外向きに突出する凸部を備えており、
   該各端子金具を該中空軸部の外周面において絶縁を保持して配置させている一方、
   前記弾性シール部材には、該貫通部の後端側に前記フィルタを配置させ、該貫通部における該フィルタの先端側に前記中空軸部の後端寄り部位を入り込ませており、
   前記筒状体は、前記弾性シール部材のうち、該貫通部に入り込まされている前記セパレータの前記中空軸部に対応する先後部位において縮径状に加締められていることによって、該弾性シール部材を圧縮すると共に前記セパレータを前記筒状体内において保持していることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記各端子金具は、端子金具自体の先後方向における中間部位に、横向きに曲げられた横曲り部を有しており、該横曲り部を前記凸部の先端向き面に係止させ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. 前記各端子金具は、端子金具自体の先後方向における中間部位に、横向きに曲げられた横曲り部を有していると共に、前記凸部の先端向き面において、凹む凹溝又は壁が設けられており、前記横曲り部の少なくとも一部が、該凹溝に嵌り込んでいるか、又は該壁に当接ないし圧接状態にあることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。

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