JP5475715B2

JP5475715B2 - センサ

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Publication number: JP5475715B2
Application number: JP2011099961A
Authority: JP
Inventors: 健弘大場; 慎悟伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JP2012230076A

Description

本発明は、電極端子部が設けられたセンサ素子を保持する筒状のスリーブと、電極端子部に接続される接続端子が内部に配置される筒状のセパレータとを備え、電極端子部と接続端子とを電気的に接続して電流経路を形成するセンサに関する。

従来、測定対象物に向けられる先端側に検出部が形成された板状のセンサ素子が組み付けられたセンサが知られている。このようなセンサとしては、全領域空燃比センサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサなどのガスセンサや、温度検出を行う温度センサなどが挙げられる。

この種のセンサとして、センサ素子を保持するセラミック製の筒状をなすスリーブ（素子側絶縁碍子）が、主体金具（ハウジング）内に組み付けられたガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このガスセンサでは、センサ素子がスリーブ内に挿入された状態でガラスシールされ、さらにこのスリーブが主体金具（ハウジング）内に保持される。さらに、センサ素子からの出力を取り出すために、センサ素子の電極端子部に当接して電気的に接続される複数の接続端子が設けられている。これらの接続端子は、センサ素子の後端側に設けられ、電極端子部を覆う筒状のセパレータ（大気側絶縁碍子）内に配置され、セパレータにより接続端子同士の絶縁が図られている。

より詳細には、セパレータの筒孔に、センサ素子の電極端子部と、弾性変形（圧縮変形）可能な板バネを有する接続端子とが配置される。センサ素子の電極端子部に接続端子の板バネを接触させることで、セパレータの筒孔の内部でセンサ素子を保持する。接続端子には、電極端子部との接触圧を大きくして接続状態を良好にするために、板バネから突出して電極端子部に付勢される突起部が設けられている。

特開２００１−１８８０６０号公報特開２００７−１７４０７号公報

上述のように接触圧を大きく確保した接続端子は、センサ素子が配置されていない状態でセパレータの筒孔（詳細には、対向する端子配置部）に配置されると、対向する接続端子同士が接触することがある。そして、上述した突起部が各接続端子に設けられている場合には、対向する突起部同士が接触（干渉）することがある。このように突起部同士が接触した状態では、接触面積が小さすぎるために不安定な状態となるおそれがあった。加えて、弾性変形によって生じる付勢力の影響で、突起部同士が互いの表面（曲面部分）を滑り、対向する接続端子の配置位置がずれるおそれがあった。

さらに、このような接続端子の位置ズレが生じた状態で、センサ素子がセパレータの素子配置部に配置されると、位置ズレ状態の接続端子がセンサ素子からの外力を受けて更に異常変形することがあった。また、特許文献２のように、スリーブにセンサ素子の軸線方向及び幅方向に移動するのを規制するガイド部が設けられたガスセンサが知られている。特許文献２のガスセンサにおいては、セパレータの筒孔に、センサ素子の電極端子部及び接続端子だけでなく、ガイド部が配置されることとなり、位置ズレ状態の接続端子がガイド部からの外力を受けて更に異常変形することもあった。

そして、接続端子が異常変形してしまうと、接続端子とセンサ素子（電極端子部）との接触不良（あるいは、断線状態）を生じるおそれがあった。そのため、従来では作業者が、対向する端子配置部に、接続端子を正確に位置決めして配置していたが、作業者の熟練を要していた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、セパレータの筒孔内に接続端子を正確に配置して、スリーブに保持されたセンサ素子の電極端子部との接触不良や断線状態を抑制可能なセンサを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、一端側が測定対象物に向けられ、他端側の前記軸線方向に直交する厚み方向の面上に電極端子部が形成されるセンサ素子と、前記センサ素子の一端側および他端側が前記軸線方向に突出するように、前記センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、自身の軸孔に前記センサ素子が内挿されると共に、前記センサ素子と前記主体金具との間に配置された筒状の本体部と、該本体部から前記軸線方向の他端側に突出して立設すると共に、前記軸線方向及び前記厚み方向にそれぞれ直交する幅方向への前記センサ素子の移動を規制するガイド部と、を備えるスリーブと、前記センサ素子の他端側、及び前記ガイド部を内挿する筒孔を有し、絶縁材料からなる筒状のセパレータと、前記セパレータの前記筒孔内に配置されると共に、前記軸線方向に延びる板状の端子本体部と、前記端子本体部の一端側に接続し、他端側に向かって屈曲または湾曲するように延びて前記電極端子部と接触する端子接触部と、を有する接続端子とを備え、前記接続端子は、前記軸線方向の一端側から前記軸線方向に沿って前記筒孔内を見たときに、前記端子本体部及び前記端子接触部が前記厚み方向に沿って並ぶように配置されると共に、且つ前記端子接触部が前記軸線に向かって傾斜していることを特徴とする。

本発明の一態様に係るセンサによれば、接続端子の端子本体部及び端子接触部は、センサ素子の軸線方向の一端側から軸線方向に沿って筒孔内を見たときに、センサ素子の厚み方向に沿って並ぶように配置されると共に、且つ端子接触部がセンサ素子の軸線に向かって傾斜している。つまり、対向する接続端子が、それぞれセパレータの中心に向かって配置されている。これにより、セパレータの筒孔内で対向する端子接触部同士が相互に接触（干渉）する作用が抑制され、接続端子を正確にセパレータ内に配置することができる。よって、センサ素子がセパレータの筒孔内に配置されたとしても、接続端子が変形することを防止できる。また、セパレータの筒孔内に、スリーブのガイド部が配置される場合であっても、接続端子が変形することを防止できる。その結果、センサ素子の電極端子部との接触不良や断線状態を防止することができる。

また、本発明の一態様に係るセンサにおいて、前記セパレータは、前記端子本体部における前記端子接触部の延びる側とは反対側の面に当接する位置決め部を、前記筒孔内に備え、前記位置決め部は、前記軸線を向く傾斜面であってもよい。

このように、セパレータにセンサ素子の軸線を向く傾斜面である位置決め部を設けることで、端子接触部をセパレータの筒孔内に配置するだけで、接続端子の端子本体部及び端子接触部が、センサ素子の厚み方向に沿って並ぶように配置され、且つセンサ素子の軸線に向かって傾斜させることができる。したがって、センサの構成を複雑にすることなく、セパレータの筒孔内に接続端子を正確に配置することができる。

ガスセンサ１の縦断面図である。センサ素子１０の外観を示す斜視図である。セパレータ１００の外観を示す斜視図であるセパレータ１００の先端側から見た平面図である。リードフレーム４０の外観を示す斜視図である。一組のリードフレーム４０の正面図である。下部組立体９９の外観を示す斜視図である。センサ素子１０及びスリーブ２０が挿入されたセパレータ１００の先端側から見た平面図である。

以下、本発明を具体化したセンサの実施形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ１の構造について、図１を参照して説明する。図１において、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、内部に保持するセンサ素子１０の先端部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側をガスセンサ１の後端側として説明する。

図１に例示するガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられるものである。ガスセンサ１は、内部に保持するセンサ素子１０の先端部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサである。

ガスセンサ１は、センサ素子１０と、主体金具５０と、スリーブ２０と、セパレータ１００と、４つのリードフレーム４０とを備えている。センサ素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる細幅で板状形状（短冊状）の素子である（図１では、紙面左右方向を厚み方向、紙面表裏方向を幅方向として示す。）。主体金具５０は、排気管に固定するためのネジ部５１が外表面に形成された金属製の筒状体である。スリーブ２０は、センサ素子１０の周囲（詳細には、径方向周囲）を取り囲むように配置されるセラミック製の筒状体である。セパレータ１００は、センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるアルミナ製の筒状体である。４つのリードフレーム４０は、センサ素子１０とセパレータ１００の内周壁との間に配置される接続端子である。

センサ素子１０の先端部１１側には、測定対象となるガスに向けられる検出部が形成される。この検出部は、排気ガスによる被毒から保護するため、その外表面を覆うようにして保護層９が被覆されている。センサ素子１０の後端部１２側には、後述する４つの電極端子部３１〜３４が形成されている。４つのリードフレーム４０は、セパレータ１００の筒孔１１０内に配置されることで、４つの電極端子部３１〜３４にそれぞれ電気的に接続される。また、各リードフレーム４０は、外部からガスセンサ１の内部に配設されるリード線６６にも電気的に接続されている。これにより、各リード線６６が接続される外部機器と、電極端子部３１〜３４との間に流れる電流の電流経路が形成される。

図２を参照して、センサ素子１０の構成について説明する。なお、センサ素子１０は公知のものであり、概略構成を以下に示す。図２に示すように、センサ素子１０は、軸線Ｏ方向（図２では左右方向）に延びる板状形状に形成された素子部１８と、同じく軸線Ｏ方向に延びる板状形状に形成されたヒータ１９とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。

素子部１８は、先端部１１（詳細には、固体電解質基板の先端側）に、多孔質電極（検知電極および基準電極）を配置させた検出部が設けられている。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極はＰｔを主体に形成される。ヒータ１９は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。本実施形態では、センサ素子１０のうち排ガスに晒される電極の表面を含む先端部１１全面を、保護層９（図１参照）で覆っている。

センサ素子１０の外表面のうち、表裏の位置関係となる面が第一側面１４，１５であり、左右の位置関係となる面が第二側面１６，１７である。言い換えると、第一側面１４，１５は、センサ素子１０の軸線方向に直交する厚み方向に向く両側面であり、第二側面１６，１７は、センサ素子１０の幅方向に向く両側面である。後端部１２における第一側面１４，１５に、４つの電極端子部３１〜３４が形成されている。詳細には、第一側面１４の後端側（図２における右側）に２個の電極端子部３１，３２が形成され、第一側面１５の後端側に２個の電極端子部３３，３４が形成されている。電極端子部３１，３２は、素子部１８に形成されており、そのうち一方の電極端子部が検知電極と接続され、他方の電極端子部が基準電極と接続されている。電極端子部３３，３４は、ヒータ１９に形成されており、ヒータ１９の厚さ方向に横切るビア（図示せず）を介して発熱抵抗体パターンの両端に各々接続されている。

図１に戻り、主体金具５０は、軸線Ｏ方向に貫通する筒孔５９と、筒孔５９の径方向内側に突出して、センサ素子１０の先端部１１側に対向する棚部５７とを有する。棚部５７は、軸線Ｏ方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。主体金具５０は、筒孔５９に挿通されたセンサ素子１０を保持するよう構成されている。詳細には、先端部１１（つまり、検出部）が筒孔５９の先端側外部に突出し、且つ、後端部１２（つまり、電極端子部３１〜３４）が筒孔５９の後端側外部に突出するように、主体金具５０の内部でセンサ素子１０が固定される。

主体金具５０の筒孔５９の内部には、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ５６、粉末充填層５３、５８、スリーブ２０の順に、ガスセンサ１の先端側から後端側に向けて積層されている。スリーブ２０と主体金具５０の後端部５４との間には、加締リング６２が配置されている。セラミックホルダ５６と主体金具５０の棚部５７との間には、金属ホルダ７９が配置されている。なお、主体金具５０の後端部５４は、加締リング６２を介してスリーブ２０をガスセンサ１の先端側に押し付けるように加締められている。

スリーブ２０は、粉末充填層５８を先端側に押圧するとともに、主体金具５０の内側に収容されている。スリーブ２０は、多段円筒状に形成された本体部２１を有し、本体部２１には、センサ素子１０が挿通される軸孔２２が設けられている。さらに、本体部２１の後端側には、スリーブ２０の軸線方向に沿って後端に向かって延びる一対のガイド部２３が突設されている（図７参照）。各ガイド部２３の内側面には、センサ素子１０の幅方向の両端（厚み方向の両側縁）を案内するため、軸孔２２の内周から連続する素子溝２５がそれぞれ設けられている。

スリーブ２０が主体金具５０の後端側に収容された状態で、主体金具５０の後端部５４が内側に折り曲げられて加締められて、加締リング６２を介してスリーブ２０が主体金具５０の先端側に向かって押圧されている。この押圧によって圧縮変形した粉末充填層５３、５８によって、センサ素子１０の周囲の隙間が埋められて、センサ素子１０が主体金具５０内に気密的に保持固定される。なお、スリーブ２０が主体金具５０に収容された状態では、センサ素子１０の後端部１２に設けられた外部端子３１〜３４は、一対のガイド部２３の間から後端側に露出されている。

図１に戻り、主体金具５０の先端側（図１における下側）外周には、センサ素子１０の先端部１１を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）の二重のプロテクタ（外部プロテクタ８０および内部プロテクタ９０）が、溶接等によって取り付けられている。外部プロテクタ８０および内部プロテクタ９０が、センサ素子１０の先端部１１に設けられた検出部を覆っている。

一方、主体金具５０の後端側（図１における上側）外周には、外筒６５が固定されている。さらに、外筒６５によって周囲が取り囲むように、外筒６５内にセパレータ１００が配置される。セパレータ１００は、センサ素子１０の後端部１２の径方向外側（つまり、電極端子部３１〜３４の周囲）に配置されている。セパレータ１００については、詳細は後述する。

さらに、セパレータ１００の後端側には、外筒６５の後端側開口を閉塞するグロメット７５が配置されている。グロメット７５には、各電極端子部３１〜３４とそれぞれ電気的に接続される４本のリード線６６を外部に取り出すためのリード線挿通孔７６が４つ（図１ではそのうちの２つを図示）形成されている。

次に、図３および図４を参照して、セパレータ１００の構成について説明する。図４では、リードフレーム４０が内部に配置されたセパレータ１００を軸線Ｏ方向に沿って先端側から見た状態を示している。以下の説明では、図４の上方向、下方向、左方向、右方向を、それぞれ、セパレータ１００の前方向、後方向、左方向、右方向とする。

図３および図４に示すように、セパレータ１００は、軸線Ｏ方向に貫通する筒孔１１０と、外表面から径方向外向きに突出する鍔部１０１を備える。セパレータ１００は、鍔部１０１が外筒６５の内部に備えられる支持部材６４に当接することで、外筒６５の内部に配置される（図１参照）。支持部材６４は、外筒６５の内周に沿った略筒状形状の金具である。

本実施形態では、セパレータ１００を軸線Ｏ方向に沿って先端側から見て、センサ素子１０が筒孔１１０の略中心部に配置される。このとき、センサ素子１０の軸線がセパレータ１００（詳細には、筒孔１１０）の断面中心（つまり、軸線Ｏ）と略一致し、且つ、センサ素子１０の幅方向がセパレータ１００の左右方向と一致するように配置される（図８参照）。筒孔１１０のうち、センサ素子１０の第一側面１４，１５（図２参照）に対向する２つの内壁面には、それぞれ内向きに突出する一対のリブ部１１１が形成されている。各リブ部１１１は、２個のリードフレーム４０をそれぞれ電気的に絶縁した状態で個別に配置するための２つのフレーム配置部１２０の境界をそれぞれ形成する。つまり、各リブ部１１１によって、筒孔１１０内に４つのフレーム配置部１２０が形成されている。

具体的には、前側（図４では上側）のリブ部１１１の左右両側に形成される２つのフレーム配置部１２０は、筒孔１１０に配置されたセンサ素子１０の第一側面１４に対向して、それぞれ電極端子部３１，３２に接続される２個のリードフレーム４０の配置領域を形成する。後側（図４では下側）のリブ部１１１の左右両側に形成される２つのフレーム配置部１２０は、筒孔１１０に配置されたセンサ素子１０の第一側面１５に対向して、それぞれ電極端子部３３，３４に接続される２個のリードフレーム４０の配置領域を形成する。

各フレーム配置部１２０には、セパレータ１００の軸線と平行に延びる筒孔１１０の内周壁の一部によって、位置決め部１２１がそれぞれ形成されている。各位置決め部１２１は、セパレータ１００を軸線Ｏ方向に沿って先端側から見たときに、セパレータ１００の中心（つまり、軸線Ｏ）を向くように形成された傾斜面である。

具体的には、前側のリブ部１１１の左右両側に形成された２つのフレーム配置部１２０では、各々に設けられた位置決め部１２１が左後方（図４では左下方向）および右後方（図４では右下方向）にそれぞれ若干傾斜している。後側のリブ部１１１の左右両側に形成された２つのフレーム配置部１２０では、各々に設けられた位置決め部１２１が左前方（図４では左上方向）および右前方（図４では右上方向）にそれぞれ若干傾斜している。

セパレータ１００の先端面には、各フレーム配置部１２０にそれぞれ繋がる形態で形成される４つの係止用溝部１２２が形成されている。各係止用溝部１２２は、セパレータ１００を軸線Ｏ方向に沿って先端側から見たときに、各フレーム配置部１２０においてリブ部１１１と位置決め部１２１との間から径方向外側に延びる略Ｌ字形にそれぞれ形成されている。各係止用溝部１２２には、それぞれ後述するフレーム係止部４６（図４参照）を配置可能である。

また、筒孔１１０のうち、センサ素子１０の第二側面１６，１７（図２参照）に対向する２つの内壁面には、それぞれ、セパレータ１００を軸線Ｏ方向に沿って先端側から見て円弧状に掲載された一対の素子支持部１３０が形成されている。各素子支持部１３０は、筒孔１１０内に配置されたセンサ素子１０の幅方向の端面に沿う位置に、ガイド部２３を位置決めする壁部である。

図５および図６を参照して、リードフレーム４０の構成について説明する。なお、図６では、左右対称となる２つのリードフレーム４０が図示されているが、各部位については、左右対称以外は同形状であり、以下では、同符号を用いて纏めて説明する。図５および図６に示すように、各リードフレーム４０は、軸線Ｏ方向に延びる長尺状の板状部材からなる端子本体部４１と、端子本体部４１の先端側から後端側に向かって屈曲（または湾曲）するように延びる端子接触部４２とを備える。端子接触部４２には、端子本体部４１に対向する面とは反対側の面に、センサ素子１０の電極端子部３１〜３４のいずれかに当接する突起部４３が形成されている。

端子接触部４２は、端子本体部４１の先端に連結される連結側端部４４において、径方向内側に屈曲して後端側に方向転換される。連結側端部４４は、外力に応じて弾性変形するよう構成されるとともに、リードフレーム４０の自由状態（外力が加えられていない状態）において、端子接触部４２の後端部である開放側端部４５を端子本体部４１から離れた状態に保持する。突起部４３は、連結側端部４４の弾性変形によって生じる押圧力によって、センサ素子１０に対して押しつけられる。

端子本体部４１の先端側には、セパレータ１００の係止用溝部１２２（図３参照）に配置可能に形成されたフレーム係止部４６が設けられている。フレーム係止部４６は、端子本体部４１の先端側面からその板面に対する垂直方向に向けて延設されると共に、その板面に平行となる部分を有するよう折り曲げられている。また、端子本体部４１から側方に延出するともに、その延出方向に沿って端子接触部４２側に若干湾曲する突出片４７が設けられている。なお、端子本体部４１の後端側には、リード線６６を加締めて固定するとともに、リード線６６内の導線（撚り線）６６Ａを加締めて電気的な接続を行う基部４８が設けられている。

次にガスセンサ１の製造方法について説明する。ガスセンサ１の製造工程では、まず、下部組立体９９を作製する。詳細には、金属ホルダ７９にセンサ素子１０を挿通し、さらに、金属ホルダ７９とセンサ素子１０との隙間にセラミックホルダ５６及び粉末充填層５３を配置し、粉末充填層５３を圧縮することで、金属ホルダ７９にセンサ素子１０を固定する。次に、センサ素子１０が固定された金属ホルダ７９を主体金具５０の棚部５７に係合させ、その後、センサ素子１０と主体金具５０との隙間に粉末充填層５８、スリーブ２０、加締リング６２を先端側から順に配置し、主体金具５０の後端部５４を加締めることで、センサ素子１０を主体金具５０に固定する。これにより、図７に示す下部組立体９９が完成する。なお、外部プロテクタ８０及び内部プロテクタ９０は、センサ素子１０を主体金具５０に組み付ける前に、主体金具５０に溶接されている。

一方、セパレータ１００やリードフレーム４０等により上部組立体を作製する。まず、グロメット７５のリード線挿通孔７６、及びセパレータ１００の筒孔１１０内に後端側から先端側に向けて、リード線６６を挿通させる。なお、セパレータ１００は、既に支持部材６４に挿入された状態である。その後、リード線６６の先端側の芯線がリードフレーム４０の基部４８に加締められる。この状態で、端子本体部４１の背面（端子接触部４２とは反対側の面）が位置決め部１２１に沿って移動するように、各リードフレーム４０が筒孔１１０の先端側からフレーム配置部１２０に挿入される。このとき、フレーム係止部４６が係止用溝部１２２に係止されることで、リードフレーム４０がフレーム配置部１２０に配置される。

なお、図４に示すように、４つのリードフレーム４０がそれぞれ対応するフレーム配置部１２０に配置された場合、一対のリードフレーム４０が前後方向に並んで配置されて、各々の突起部４３が前後方向に対向する。ただし、リードフレーム４０がフレーム配置部１２０に配置された状態では、端子本体部４１の背面が位置決め部１２１に面接触して支持されている。そのため、各リードフレーム４０は、位置決め部１２１が形成されている向きに応じて、セパレータ１００の中心（つまり、軸線Ｏ）向けて若干傾斜した態様で保持される。

その後、セパレータ１００及びグロメット７５を外筒６５内に内挿し、外筒６５を加締める。これにより、支持部材６４がセパレータ１００を支持し、外筒６５がセパレータ１００を保持する。これにより、上部組立体が完成する。

次に、上述の下部組立体９９と上部組立体とを組み付ける。詳細には、外筒６５の先端側を主体金具５０の後端側に外嵌する。これにより、下部組立体９９に保持されたセンサ素子１０の後端部１２及びスリーブ２０のガイド部２３が、上部組立体に保持されたセパレータ１００の筒孔１１０内に挿入される。このとき、スリーブ２０の後端側に突設された一対のガイド部２３が、セパレータ１００に形成された一対の素子支持部１３０にそれぞれ沿って移動するように、センサ素子１０が筒孔１１０の先端側から挿入される。つまり、スリーブ２０（ひいては、センサ素子１０）は、ガイド部２３によってセンサ素子１０の軸線方向及び幅方向への移動が規制されながら、筒孔１１０内に案内される。

そして、図８に示すように、筒孔１１０内では、一対の素子支持部１３０によって、センサ素子１０の第二側面１６，１７に沿う位置に各ガイド部２３がそれぞれ位置決めされる。これにより、センサ素子１０は筒孔１１０内において、適正な位置（つまり、筒孔１１０の断面中央）、且つ適正な向き（センサ素子１０の幅方向がセパレータ１００の左右方向と平行）で支持される。センサ素子１０が筒孔１１０の適正な位置および向きに配置されると、セパレータ１００の前後方向に対向配置された一対のリードフレーム４０の二組によって、センサ素子１０が厚み方向に適正に挟まれる。そして、４つのリードフレーム４０の各突起部４３が、それぞれ対応する電極端子部３１〜３４に接触して電気的に接続される。

その後、外筒６５の先端側及びグロメット７５が配置された後端側を加締め、さらに、外筒６５の先端側を主体金具５０に対してレーザー溶接することで、ガスセンサ１が完成する。

以上説明したように、本実施形態のガスセンサ１では、主体金具５０によって周囲を取り囲まれたセンサ素子１０が、スリーブ２０の本体部２１に内挿される。スリーブ２０は、自身がセンサ素子１０の軸線方向及び幅方向に移動するのを規制するガイド部２３を有する。センサ素子１０の後端側及びスリーブ２０のガイド部２３は、セパレータ１００の筒孔１１０に内挿される。筒孔１１０の内壁とセンサ素子１０との間には、リードフレーム４０の端子本体部４１が配置される。リードフレーム４０は、端子本体部４１から屈曲または湾曲するように延びて電極端子部３１〜３４と接触する端子接触部４２を有する。

そして、端子本体部４１及び端子接触部４２は、センサ素子１０の軸線方向（つまり、軸線Ｏ方向）の先端側から軸線方向に沿って筒孔１１０内を見たときに、センサ素子１０の厚み方向に沿って並ぶように配置されると共に、且つセンサ素子１０の軸線（つまり、軸線Ｏ）に向かって傾斜している。つまり、対向するリードフレーム４０が、それぞれセパレータ１００の中心に向かって配置されている。これにより、セパレータ１００の筒孔１１０内で対向する端子接触部４２同士が相互に接触（干渉）する作用が抑制され、リードフレーム４０を正確にセパレータ１００内に配置することができる。よって、センサ素子１０がセパレータ１００の筒孔１１０内に配置されたとしても、リードフレーム４０が変形することを防止できる。また、セパレータ１００の筒孔１１０内に、スリーブ２０のガイド部２３が配置されたとしても、リードフレーム４０が変形することを防止できる。その結果、センサ素子１０の電極端子部３１〜３４との接触不良や断線状態を防止することができる。

また、セパレータ１００には、筒孔１１０内に、端子本体部４１における端子接触部４２の延びる側とは反対側の面に当接する位置決め部１２１を備え、位置決め部１２１は、軸線Ｏを向く傾斜面である。このように、セパレータ１００に軸線Ｏを向く傾斜面である位置決め部１２１を設けることで、端子接触部４２をセパレータ１００の筒孔１１０内に配置するだけで、リードフレーム４０の端子本体部４１及び端子接触部４２が、センサ素子１０の厚み方向に沿って並ぶように配置され、且つセンサ素子１０の軸線に向かって傾斜させることができる。したがって、ガスセンサ１の構成を複雑にすることなく、セパレータ１００の筒孔１１０内にリードフレーム４０を正確に配置することができる。

ところで、上記実施形態において、ガスセンサ１が本発明の「センサ」に相当する。リードフレーム４０が、本発明の「接続端子」に相当する。尚、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

上記実施形態では、位置決め部１２１を筒孔１１０の開口断面中心側に向く傾斜面とすることで、セパレータ１００内に配置されたリードフレーム４０（端子本体部４１及び端子接触部４２）をセンサ素子１０の軸線に向かって傾斜させている。ただし、セパレータ１００内に配置されたリードフレーム４０をセンサ素子１０の軸線に向かって傾斜させるための構成は、これに限定されない。例えば、センサ素子１０の幅方向と平行に形成された位置決め部１２１に、セパレータ１００内に配置されたリードフレーム４０をセンサ素子１０の軸線に向かって傾斜させるための突起部を設けてもよい。

また、上記実施形態では、センサ素子１０に４つの電極端子部３１〜３４が設けられたのに対応して、セパレータ１００内に４つのリードフレーム４０が配置されるが、電極端子部３１〜３４およびリードフレーム４０の数量は適宜変更可能である。この場合、セパレータ１００内に配置されるリードフレーム４０にそれぞれ対応して、フレーム配置部１２０、位置決め部１２１および係止用溝部１２２を設ければよい。

また、上記実施形態では、本発明に係るセンサの一態様として、酸素センサであるガスセンサ１を例示した。本発明は、電極端子部が設けられたセンサ素子を保持する筒状のスリーブと、電極端子部に接続される接続端子が内部に配置される筒状のセパレータとを備え、電極端子部と接続端子とを電気的に接続して電流経路を形成するセンサであれば適用できる。例えば、全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサなどのガスセンサや、温度検出を行う温度センサなどに、本発明を適用してもよい。

１ガスセンサ
１０センサ素子
１１先端部
１２後端部
１４，１５第一側面
１６，１７第二側面
２０スリーブ
２１本体部
２２軸孔
２３ガイド部
３１，３２電極端子部
３３，３４電極端子部
４０リードフレーム
４１端子本体部
４２端子接触部
５０主体金具
１００セパレータ
１１０筒孔
１２０フレーム配置部
１２１位置決め部
１２２係止用溝部
１３０素子支持部

Claims

軸線方向に延びる板状をなし、一端側が測定対象物に向けられ、他端側の前記軸線方向に直交する厚み方向の面上に電極端子部が形成されるセンサ素子と、
前記センサ素子の一端側および他端側が前記軸線方向に突出するように、前記センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、
自身の軸孔に前記センサ素子が内挿されると共に、前記センサ素子と前記主体金具との間に配置された筒状の本体部と、該本体部から前記軸線方向の他端側に突出して立設すると共に、前記軸線方向及び前記厚み方向にそれぞれ直交する幅方向への前記センサ素子の移動を規制するガイド部と、を備えるスリーブと、
前記センサ素子の他端側、及び前記ガイド部を内挿する筒孔を有し、絶縁材料からなる筒状のセパレータと、
前記セパレータの前記筒孔内に配置されると共に、前記軸線方向に延びる板状の端子本体部と、前記端子本体部の一端側に接続し、他端側に向かって屈曲または湾曲するように延びて前記電極端子部と接触する端子接触部と、を有する接続端子とを備え、
前記接続端子は、前記軸線方向の一端側から前記軸線方向に沿って前記筒孔内を見たときに、前記端子本体部及び前記端子接触部が前記厚み方向に沿って並ぶように配置されると共に、且つ前記端子接触部が前記軸線に向かって傾斜していることを特徴とするセンサ。
前記セパレータは、前記端子本体部における前記端子接触部の延びる側とは反対側の面に当接する位置決め部を、前記筒孔内に備え、
前記位置決め部は、前記軸線を向く傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。