JP5753818B2

JP5753818B2 - ガスセンサ

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Publication number: JP5753818B2
Application number: JP2012121110A
Authority: JP
Inventors: 藤田　康弘; 康弘藤田; 渥美　尚勝; 尚勝渥美; 雄次島崎
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: JP2013246093A

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

従来、ジルコニアなどのセラミックスから形成された固体電解質体を用いて、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素などの特定ガス成分を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。この固体電解質体を用いるガスセンサの場合、固体電解質体が所定の温度にまで昇温されていないと、特定ガス成分の濃度等を正確に検出できないことが知られている。特に、内燃機関の始動直後のように排気ガスの温度が低い場合には、排気ガスによって固体電解質体が十分に昇温されず、酸素などの特定ガス成分を正確に検出できなかった。

このような問題を解決するために、筒状に形成された固体電解質体の内周面に、熱を発生させるヒータ等の発熱体を接触させて、固体電解質体を所定の温度に保つ構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、円柱状に形成されたヒータにおける一方の端部を固体電解質体の内部に挿入し、他方の端部は固体電解質体から突出して配置されている。さらに、突出した他方の端部には、外部から電力が供給される金属製の一対の端子がロウ付け等の固定方法によって取り付けられている。

一対の端子およびヒータの他方の端部は、ガスセンサの筺体である外筒との短絡を防止するために、絶縁性を有するセパレータの内部空間に配置されている。さらに、一対の端子に外部回路からの電力を供給するリード線は、セパレータに設けられたリード線挿通孔、および、外筒の開口端を塞ぐゴムキャップに設けられた貫通孔を通って端子に電気的に接続されている。具体的には、端子に設けられた加締部に加締められることによって、端子とリード線とが電気的に接続されている。

そして、端子に設けられた加締部は、セパレータに設けられたリード線挿通孔よりも拡径されるように形成されている。つまり、リード線を引きぬく方向に力が加えられても、加締部がセパレータのリード線挿通孔の開口に引っかかり、端子とヒータとの接続部であるロウ付けされている部分に力が加えられにくくなり、接続部が破損しにくい構造とされている。

特開２００２−０３９９８６号公報

しかしながら、加締部がリード線挿通孔の開口に引っかかることによって端子の抜け止めを行う場合には、リード線挿通孔は加締部よりも小さくする必要がある。言い換えると、リード挿通孔は加締部よりも大きくできず、ガスセンサの組み立て性向上を図りにくいという問題があった。

例えば、リード線はセパレータのリード線挿通孔、および、ゴムキャップの貫通孔の両者に挿通されている。ガスセンサの組み立て性向上を図る場合、リード線を一度にセパレータのリード線挿通孔およびゴムキャップの貫通孔に挿通させる方法が考えられる。

しかしながら、一度にリード線を挿通させるためには、セパレータのリード線挿通孔およびゴムキャップの貫通孔が重ね合わせられる必要がある。セパレータのリード線挿通孔が小さいと、リード線挿通孔と貫通孔との重なり面積が、リード線の断面積よりも小さくなりやすく、リード線を挿通させにくいという問題があった。また、リード線挿通孔と貫通孔との重なり面積を増やすためには、セパレータとゴムキャップとの相対位置の精度を高める必要があり、組み立て性向上が図りにくいという問題もあった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、組み立て性の向上を図りやすくすることができるガスセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサは、先端が閉塞された筒状に形成された検出素子と、前記検出素子の筒孔内に自身の先端部が配置され、自身の後端部が前記筒孔から突出して配置される棒状に形成された、前記検出素子を加熱する発熱体と、自身の先端側が、前記発熱体に固定されて該発熱体と電気的に接続し、自身の後端側には、外部回路から加熱に用いられる電力を供給するリード線と電気的に接続される加締め部を有する端子と、前記検出素子の後端側に配置されたセパレータであって、前記リード線が少なくとも挿通されるリード線挿通孔、及び該リード線挿通孔の先端側に接続し、当該リード線挿通孔よりも拡径すると共に、前記端子が少なくとも挿通される端子挿通孔が備えられたセパレータと、が設けられたガスセンサであって、前記リード線挿通孔の孔径が前記加締め部よりも大きく、前記端子には、径方向に突出する突出部が設けられており、該突出部が前記リード線挿通孔の内面と前記端子挿通孔の内面とを接続する先端向き面に当接することを特徴とする。

本発明のガスセンサによれば、セパレータの先端向き面と端子の突出部とが当接できるため、リード線が挿通されるセパレータのリード線挿通孔の孔径を加締め部よりも大きくすると共に、発熱体と端子との接続部に過剰な力が加わることを抑制できる。言い換えると、自身の内部に加締め部が進入可能な大きさにリード線挿通孔を形成しても、リード線および端子が後端側に引っ張られた際に、セパレータの先端向き面と端子の突出部との当接によって当該引張り力を受け止めるため、発熱体と端子との接続部に過剰な力が加わることを抑制できる。このように、リード線挿通孔の孔径を加締め部よりも大きく設定できるため、孔径が小さく設定されている場合と比較して、リード線をリード線挿通孔に挿通しやすくなる。ガスセンサの組み立てを行いやすくなる。

さらに、セパレータの後端側に隣接して配置される他の部材、例えば、栓部材にもリード線が挿通される貫通孔が設けられている場合、リード線挿通孔の孔径が大きくなっているため、セパレータと栓部材を重ねて、栓部材側からリード線を一度に挿通させやすくなる。つまり、リード線挿通孔と貫通孔にリード線を一度に挿通させるためには、リード線挿と貫通孔との重なり領域を、リード線の断面積よりも広くする必要がある。リード線挿通孔の孔径が大きくなると、孔径が小さな場合と比較して、リード線挿通孔と貫通孔との相対位置の精度、言い換えるとセパレータと栓部材との相対位置の精度が悪くても、リード線の挿通に必要な重なり領域の面積を確保できるため、リード線を一度に挿通させやすくなる。

上記発明において前記先端向き面は、前記リード線挿通孔よりも径方向内側に配置され、前記突出部は、前記端子から前記径方向内側に向かって突出することが好ましい。
このように先端向き面をリード線挿通孔よりも径方向内側に配置すると共に、突出部をセパレータの径方向内側に向かって突出させることにより、セパレータの大型化を抑制することができる。一般に、発熱体への電力供給に係る端子は一対であり、短絡を防止するために両端子を離して配置することが行われていた。この離して配置された両端子の間の空間、言い換えるとセパレータの径方向内側に、それぞれの端子に対応した先端向き面を配置することにより、端子の外側に先端向き面を配置する場合と比較して、先端向き面を配置するための空間を新たに設ける必要がなく、セパレータの大型化、特に径方向への大型化を抑制することが容易となる。

上記発明において前記突出部は、前記端子における前記加締め部よりも後端側に配置されていることが好ましい。
このように突出部を加締め部よりも後端側に配置することにより、加締め部よりも突出部を先に先端向き面に当接させることができる。そのため、加締め部にリード線を加締めた端子および発熱体を、先端からセパレータの内部に挿入した際に、加締め部が先端向き面に引っ掛かったり、リード線挿通孔の縁に引っ掛かったりすることを防止でき、円滑に発熱体をセパレータ内に挿入できる。

上記発明において前記突出部は、前記端子における前記加締め部よりも先端側に配置されていることが望ましい。
このように突出部を加締め部よりも先端側に配置することにより、突出部が加締め部よりも後端側に配置されている場合と比較して、リード線を加締め部に加締める作業を行いやすくなる。一般に、リード線は、自身の先端が端子の加締め部に加締められるため、端子から後端側に延びて配置される。端子の加締め部よりも後端側に突出部などの他の部分が存在すると、リード線と他の部分とが干渉しやすく、加締め作業が行いにくくなる。これに対して、突出部よりも加締め部を後端側に配置して、より好ましくは、加締め部を端子の最後端に配置して、リード線と干渉する部分をなくすことにより、リード線の加締め作業が行いやすくなる。

本発明のガスセンサによれば、セパレータの先端向き面と端子の突出部とを当接させるとともに、リード線が挿通されるセパレータのリード線挿通孔の孔径を加締め部よりも大きくすることにより、リード線をリード線挿通孔に挿通しやすくなり、ガスセンサの組み立て性の向上を図りやすくすることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの全体構成を説明する断面視図である。図１のセパレータ周辺の構成を説明する部分拡大図である。図１のヒータおよびヒータ端子金具の構成を説明する部分拡大図である。ヒータ端子金具の形状を説明する展開図である。従来のセパレータの貫通孔と、ヒータ端子金具の加締め部との関係を説明する部分拡大図である。本発明の第２の実施形態に係るガスセンサのセパレータ周辺の構成を説明する部分拡大図である。図６のヒータ端子金具の構成を説明する部分拡大図である。本発明の第３の実施形態に係るガスセンサのセパレータ周辺の構成を説明する部分拡大図である。図８のセパレータおよびヒータ端子金具の構成を説明する斜視図である。図８のヒータ端子金具の構成を説明する部分拡大図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ１ついて図１から図５を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の全体構成を説明する断面視図である。

本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路に締結され、排気流路の内部にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、主体金具６０に対してプロテクタ８０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。

本実施形態のガスセンサ１は、後述するガス検出素子１０を加熱するためのヒータ２０を備えたセンサであり、ヒータ２０の熱によってガス検出素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。

ガスセンサ１には、図１に示すように、ガス検出素子（検出素子）１０と、ヒータ（発熱体）２０と、セパレータ３０と、シール部材４０と、複数の端子金具５０と、リード線５５と、それらの周囲を覆う主体金具６０と、プロテクタ８０と、外筒９０等が、主に備えられている。

ガス検出素子１０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものである。ガス検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成され、先端側の端部（図１の下側の端部）が閉塞された素子本体１１から主に構成されている。素子本体１１の中央部の外周には、径方向外向きに突出する鍔部１４が周方向にわたって設けられている。

素子本体１１を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものである。この固体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体に、さらにＨｆＯ₂が含有された固体電解質を使用しても良い。

ヒータ２０は、図１および図２に示すように、ガス検出素子１０の内部に配置されて素子本体１１の加熱を行う長尺の加熱手段であり、その先端には、電力が供給されることによりガス検出素子１０を加熱する加熱領域が設けられている。

ヒータ２０は、丸棒状のアルミナからなるセラミック管２１と、セラミック管２１の外周を覆うアルミナからなるセラミック層２２と、から主に構成されている。本実施形態では、電力が供給されることにより熱を発生させる材料、例えばタングステン系の材料から形成された発熱抵抗体（図示せず）が、セラミック層２２の発熱領域に対応する部分に埋め込まれている例に適用して説明する。なお、本実施形態では丸棒状のヒータを用いた例に適用して説明したが、ヒータの形状は、丸棒状に限らず、筒状または柱状であっても良い。

ヒータ２０の後端には、ガス検出素子１０の加熱に用いられる電力が、外部から供給される一対の電極パッド２３，２３が設けられている。電極パッド２３は、軸線Ｏ方向に長い矩形状に形成された電極であって、後述するヒータ端子金具５３とロウ材を用いたロウ付けによって電気的に接続されるものである。

複数の端子金具５０には、第１センサ端子金具５１、第２センサ端子金具５２、一対のヒータ端子金具（端子）５３，５３が含まれる。複数の端子金具５０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された金具である。複数の端子金具５０には、それぞれ、リード線５５の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図１では、４本のリード線５５のうち３本のリード線５５が図示されている。

第１センサ端子金具５１は、ガス検出素子１０の内側電極（図示せず）と電気的に接触し、第２センサ端子金具５２と共に、ガス検出素子１０の検出信号を外部に出力するものである。また、第１センサ端子金具５１は、ヒータ２０を把持するとともに、ヒータ２０の発熱領域を、ガス検出素子１０の内面に押し付けるものである。その一方で、第２センサ端子金具５２は、素子本体１１の外側電極（図示せず）と電気的に接続されるものである。

ヒータ端子金具５３は、リード線５５から供給される電力を、ヒータ２０の電極パッド２３へ伝達するものである。ヒータ端子金具５３には、図３に示すように、電極パッド２３側から順に、ロウ付け部５３１と、首部５３２と、加締め部５３３と、突出部５３４と、が主に設けられている。図４は、ヒータ端子金具５３の展開図である。言い換えると、ヒータ端子金具５３を形成する際に、ニッケル合金の板から打ち抜いた直後の形状であり、この後、ヒータ端子金具５３は、図３に示す形状に折り曲げられる。

ロウ付け部５３１は、ヒータ端子金具５３における最も先端側（図３の下側）の部分であって、ヒータ２０の電極パッド２３と直接に接触する部分である。このロウ付け部５３１において、電極パッド２３とのロウ付けが行われる。

首部５３２は、ロウ付け部５３１と加締め部５３３との間をつなぐ部分であり、折り曲げ変形されることにより、加締め部５３３を、ヒータ２０よりも後端側（図３の上側）、かつ、軸線Ｏを中心とした径方向外側に離れた位置に配置可能とするものである。さらに、首部５３２には、板状のヒータ端子金具５３における面の向きをおよそ９０°変更させるねじり変形が加えられている。

加締め部５３３は、図２に示すように、リード線５５の先端に露出された芯線と電気的に接続される部分であり、かつ、リード線５５を保持する部分でもある。加締め部５３３は、図４に示すように、首部５３２などよりも幅が広い矩形状に形成された部分であり、首部５３２よりも図４における左右方向へ突出した部分を、図２に示すように、リード線５５を内側に巻き込むように変形させることにより形成されたものである。

突出部５３４は、図３に示すように、ヒータ端子金具５３における最も後端側（図３の上側）の部分であって、後述するセパレータ３０の先端向き面３４と当接する部分である（図２参照）。突出部５３４は、加締め部５３３から後端側に延びた延出部から軸線Ｏに向かって延びる矩形状に形成された部分である。

突出部５３４における軸線Ｏ側の端部は、加締め部５３３の軸線Ｏ側の端部よりも、軸線Ｏ方向に突出している。また、突出部５３４における長手方向または軸線Ｏと直交する方向の寸法である幅は、加締め部５３３における幅よりも広く形成されていることが好ましい。なお、突出部５３４の形状は、上述のような矩形状に限定されるものではなく、セパレータ３０の先端向き面３４と当接してヒータ端子金具５３の後端側への移動を阻害できる形状であればよい。

セパレータ３０は、図１および図２に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０の内部には、先端に向かって開口し、ヒータ２０の後端部分や、複数の端子金具５０などが収納される収容部（収容空間）３１が設けられている。

収容部３１の内部には、軸線Ｏ上の、後端側（図２の上側）の壁面である底面から開口までの間の位置にヒータ２０の後端が付き当てられる付き当り面３２が設けられている。付き当り面３２は、先端側に向かって突出する湾曲した面であり、ヒータ２０が軸線Ｏに対して斜めに配置できるようになっている。

セパレータ３０には、軸線Ｏに沿って延びてセパレータ３０を貫通し、収容部３１と連通する孔であって、リード線５５が挿通されるリード線挿通孔３３が設けられている。リード線挿通孔３３は、ヒータ端子金具５３の加締め部５３３が進入可能な直径に形成された断面が円径の貫通孔である。さらに、リード線挿通孔３３は、内部にリード線５５が挿通された際に、ヒータ端子金具５３における突出部５３４の軸線Ｏ側の端部が、リード線挿通孔３３の内周面よりも軸線Ｏ側へ突出する直径に形成されている。

さらに、セパレータ３０には、収容部３１とリード線挿通孔３３とを接続するための端子挿通孔３７が設けられている。端子挿通孔３７は、ヒータ端子金具５３の加締め部５３３及び突出部５３４が挿通可能な直径に形成された断面が円径の貫通孔である。

また、リード線挿通孔３３の内面と端子挿通孔３７の内面とを接続するように先端向き面３４が設けられており、ヒータ端子金具５３の突出部５３４が当接している。先端向き面３４は、リード線５５が延びる方向と交差する方向、言い換えると軸線Ｏと直交する方向に延びる面である。

なお、付き当り面３２と先端向き面３４との間の軸線Ｏ方向の距離、または、ヒータ端子金具５３の長さは、付き当り面３２にヒータ２０が付き当てられ、先端向き面３４にヒータ端子金具５３が当接された状態で、ヒータ２０とヒータ端子金具５３との間のロウ付け箇所に破損につながる力が加わらないように設定されている。

さらに、セパレータ３０の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部３５が設けられている。フランジ部３５は、外筒９０の径が小さくなる外筒段差部９２に当接する位置に配置されている。

セパレータ３０におけるフランジ部３５よりも先端側の外周面には、略円筒状に形成された保持金具３６が、内部にセパレータ３０が挿入されるように配置されている。外筒９０における保持金具３６と重なる位置には、下部加締部９３が形成され、外筒９０に対してセパレータ３０が固定される。

シール部材４０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。シール部材４０は、図２に示すように、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された、外筒９０の後端を気密に塞ぐ部材である。

シール部材４０は、セパレータ３０の後端側の面に当接するように外筒９０の後端側に配置され、外筒９０におけるシール部材４０の側面に対応する位置に形成されたシール加締部９１によって、外筒９０に固定されている。シール加締部９１は、外筒９０を径方向内側に向かって凹状に変形させた部分であり、外筒９０を周方向にわたって一周する溝状に形成された部分である。

シール部材４０の径方向の中央には、軸線Ｏ方向に貫通する大気連通孔４１が形成されると共に、大気連通孔４１よりも径方向外側に軸線Ｏ方向に貫通する４つのリード線挿通孔４２が周方向に等間隔に形成されている。

大気連通孔４１は、図２に示すように、シール部材４０により閉塞された外筒９０の内部に大気を導く貫通孔である。大気連通孔４１の内部には、フィルタ４３および留め金具４４が挿入されている。

フィルタ４３は、図１および図２に示すように、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成されたマイクロメータ単位の網目構造を有する薄膜状のフィルタである。そのため、フィルタ４３は、水滴等の透過を許さず、大気の通過は許容するものである。

留め金具４４は、内部を大気が流通可能な筒状に形成された金属製の部材であり、フィルタ４３をシール部材４０に固定するものである。留め金具４４の外周面は、大気連通孔４１の内周との間にフィルタ４３を挟み、フィルタ４３をシール部材４０に固定するものである。

主体金具６０は、図１に示すように、ステンレス合金（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０）から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具６０には、ガス検出素子１０の鍔部１４を支持する段部６１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。

主体金具６０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関の排気流路（図示せず。）に取付けるネジ部６２と、ネジ部６２を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部６３と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部６２と六角部６３との間には、環状のガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ガスセンサ１と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。

主体金具６０におけるネジ部６２よりも先端側には、後述するプロテクタ８０が係合される先端係合部６５が形成されている。先端係合部６５は、ネジ部６２よりも外周面の径が小さく形成された部分である。また、主体金具６０における六角部６３よりも後端側には、六角部６３から後端側に向かって順に、外筒９０と係合される後端係合部６６と、ガス検出素子１０を加締め固定する加締固定部６７と、が形成されている。

主体金具６０の内部には、段部６１から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン７１、アルミナからなる筒状の支持部材７２、金属製の後端側パッキン７３、滑石の粉末からなる充填部材７４、アルミナ製のスリーブ７５、および、環状のリング７６が配置されている。支持部材７２の内周面には段部が形成されており、当該段部により素子本体１１の鍔部１４が支持されている。なお、支持部材７２と鍔部１４との間に後端側パッキン７３が挟まれて配置されている。

リング７６は、スリーブ７５と加締固定部６７との間に配置されるものであり、加締固定部６７が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材７４、後端側パッキン７３、支持部材７２、先端側パッキン７１に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材７４は軸線Ｏ方向に圧縮充填され、かつ、主体金具６０の内周面および素子本体１１の外周面との隙間を気密に埋める。

プロテクタ８０は、ガスセンサ１が排気流路に取り付けられた際に、流路内に突出するガス検出素子１０を、流路内を流れるガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ８０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガス検出素子１０の先端を覆う保護部材である。プロテクタ８０は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ８０の後端縁は、主体金具６０の先端係合部６５に溶接によって固定されている。

プロテクタ８０には、有底筒状に形成され開放された側の周縁部が先端係合部６５に嵌め合わされる外側プロテクタ８１と、外側プロテクタ８１の内部に固定された有底筒状に形成された内側プロテクタ８２と、が設けられている。言い換えると、プロテクタ８０は、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２からなる２重構造を有している。

外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の円筒面には、内部にガスを導入する導入口８３が設けられている。さらに、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の底面には、内部に入り込んだ水滴や、ガスを排出する外側排出口８４、内側排出口８５がそれぞれ設けられている。

外筒９０は、主体金具６０とは異なるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４Ｌ）から形成された部材であり、外筒９０の内部に主体金具６０の後端係合部６６が差し込まれて、主体金具６０に固定されるものである。外筒９０の内部には、主体金具６０の後端から突出したガス検出素子１０の後端や、セパレータ３０や、シール部材４０が配置されている。

上記の構成のガスセンサ１によれば、セパレータ３０の先端向き面３４とヒータ端子金具５３の突出部５３４とが当接するため、リード線５５が挿通されるセパレータ３０のリード線挿通孔３３の孔径を加締め部５３３よりも大きくすると共に、ヒータ２０とヒータ端子金具５３とのロウ付け箇所に過剰な力が加わることを抑制できる。言い換えると、自身の内部に加締め部５３３が進入可能な大きさにリード線挿通孔３３を形成しても、リード線５５およびヒータ端子金具５３が後端側に引っ張られた際に、セパレータ３０の先端向き面３４とヒータ端子金具５３の突出部５３４との当接によって当該引張り力を受け止めるため、ヒータ２０とヒータ端子金具５３とのロウ付け箇所に過剰な力が加わることを抑制できる。このように、リード線挿通孔３３の孔径を加締め部５３３よりも大きく設定できるため、例えば、図５に示すリード線挿通孔１０３３のように、加締め部１５３３よりも孔径が小さく設定されている場合と比較して、リード線５５をリード線挿通孔３３に挿通しやすくなり、ガスセンサ１の組み立てを行いやすくなる。

さらに、セパレータ３０の後端側に隣接して配置される他の部材、例えば、栓部材であるシール部材４０にもリード線５５が挿通される挿通孔であるリード線挿通孔４２が設けられている場合、リード線挿通孔３３の孔径が大きくなっているため、セパレータ３０とシール部材４０を重ねて、シール部材４０側からリード線５５を一度に挿通させやすくなる。つまり、リード線挿通孔３３とリード線挿通孔４２にリード線５５を一度に挿通させるためには、リード線挿通孔３３とリード線挿通孔４２との重なり領域を、リード線５５の断面積よりも広くする必要がある。リード線挿通孔３３の孔径が大きくなると、孔径が小さな場合と比較して、リード線挿通孔３３とリード線挿通孔４２との相対位置の精度、言い換えるとセパレータ３０とシール部材４０との相対位置の精度が悪くても、リード線５５の挿通に必要な重なり領域の面積を確保できるため、リード線５５を一度に挿通させやすくなる。

先端向き面３４をリード線挿通孔３３よりも径方向内側に配置すると共に、突出部５３４をセパレータ３０の径方向内側に向かって突出させることにより、セパレータ３０の大型化を抑制することができる。一般に、ヒータ２０への電力供給に係るヒータ端子金具５３は一対であり、短絡を防止するために両ヒータ端子金具５３を離して配置することが行われていた。この離して配置された両ヒータ端子金具５３の間の空間、言い換えるとセパレータ３０の径方向内側に、それぞれのヒータ端子金具５３に対応した先端向き面３４を配置することにより、ヒータ端子金具５３の外側に先端向き面３４を配置する場合と比較して、先端向き面３４を配置するための空間を新たに設ける必要がなく、セパレータ３０の大型化、特に径方向への大型化を抑制することが容易となる。

突出部５３４を加締め部５３３よりも後端側に配置することにより、加締め部５３３よりも突出部５３４を先に先端向き面３４に当接させることができる。そのため、加締め部５３３にリード線５５を加締めたヒータ端子金具５３およびヒータ２０を、先端から収容部３１の内部に挿入した際に、加締め部５３３が先端向き面３４に引っ掛かったり、リード線挿通孔３３の縁に引っ掛かったりすることを防止でき、円滑にヒータ２０を収容部３１に挿入することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、セパレータおよびヒータ端子金具の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６および図７を用いてセパレータおよびヒータ端子金具の構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。図６は、本実施形態に係るガスセンサ２００１のセパレータ２０３０周辺の構成を説明する部分拡大図であり、図７は、ヒータ端子金具２０５３の構成を説明する部分拡大図である。

本実施形態のガスセンサ２００１のセパレータ２０３０は、図６に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ２０３０の内部には収容部３１が設けられ、収容部３１の内部には付き当り面３２が設けられている。

セパレータ２０３０には、第１の実施形態のリード線挿通孔３３と比較して、より直径が大きく、かつ、軸線Ｏ方向に長く形成されたリード線挿通孔２０３３が設けられている。リード線挿通孔２０３３は、軸線Ｏに沿って延びてセパレータ２０３０を貫通し、収容部３１と連通する孔であって、リード線５５およびヒータ端子金具２０５３の加締め部５３３が挿通される孔である。

さらに、セパレータ２０３０には、収容部３１とリード線挿通孔２０３３とを接続するための端子挿通孔２０３７が設けられている。端子挿通孔２０３７は、ヒータ端子金具２０５３及び突出部２５３４が挿通可能な直径に形成された断面が円径の貫通孔である。

また、リード線挿通孔２０３３の内面と端子挿通孔２０３７の内面とを接続するように先端向き面２０３４が設けられており、ヒータ端子金具２０５３の突出部２５３４が当接している。先端向き面２０３４は、第１の実施形態の先端向き面３４と比較して、先端側の付き当り面３２に近い位置に設けられ、リード線５５が延びる方向と交差する方向に延びる面である。

ヒータ端子金具２０５３は、リード線５５から供給される電力を、ヒータ２０の電極パッド２３へ伝達するものである。ヒータ端子金具２０５３には、図６および図７に示すように、電極パッド２３側から順に、ロウ付け部５３１と、首部５３２と、突出部２５３４と、加締め部５３３と、が主に設けられている。つまり、第１の実施形態のヒータ端子金具５３と比較して、首部５３２と加締め部５３３の間に突出部２５３４が配置されている点が異なっている。

突出部２５３４は、セパレータ２０３０の先端向き面２０３４と当接する部分である（図６参照）。突出部２５３４は、加締め部５３３の先端側（図７の下側）に隣接した位置から、軸線Ｏに向かって延びる矩形状に形成された部分である。

突出部２５３４における軸線Ｏ側の端部は、加締め部５３３の軸線Ｏ側の端部よりも、軸線Ｏ方向に突出している。また、突出部２５３４における長手方向または軸線Ｏと直交する方向の寸法である幅は、加締め部５３３における幅よりも広く形成されていることが好ましい。なお、突出部２５３４の形状は、上述のような矩形状に限定されるものではなく、セパレータ２０３０の先端向き面２０３４と当接してヒータ端子金具２０５３の後端側への移動を阻害できる形状であればよい。

上記の構成のように、突出部２５３４を加締め部５３３よりも先端側に配置することにより、突出部２５３４が加締め部５３３よりも後端側に配置されている場合と比較して、リード線５５を加締め部５３３に加締める作業を行いやすくなる。リード線５５は、ヒータ端子金具２０５３の加締め部５３３から後端側に延びて配置されるため、第１の実施形態のように、ヒータ端子金具５３の加締め部５３３よりも後端側に突出部５３４が存在すると、リード線５５と突出部５３４とが干渉しやすく、加締め作業が行いにくくなる。これに対して、本実施形態のように、突出部２５３４よりも加締め部５３３を後端側に配置して、より具体的には、加締め部５３３をヒータ端子金具２０５３の最後端に配置して、リード線５５と干渉する部分をなくすことにより、リード線５５の加締め作業を容易にすることができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図８から図１０を参照して説明する。
本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、セパレータおよびヒータ端子金具の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８から図１０を用いてセパレータおよびヒータ端子金具の構成について説明し、その他の構成等の説明を省略する。図８は、本実施形態に係るガスセンサ３００１のセパレータ３０３０周辺の構成を説明する部分拡大断面視図であり、図９は、セパレータ３０３０およびヒータ端子金具３０５３の構成を説明する部分拡大斜視図である。なお、図９では、組み立て途中の状態のガスセンサ３００１が示されている。

本実施形態のガスセンサ３００１のセパレータ３０３０は、図８および図９に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０３０の内部には収容部３１が設けられ、収容部３１の内部には付き当り面３２が設けられている。

セパレータ３０３０には、リード線挿通孔３３と、先端向き面３０３４と、が設けられている。先端向き面３０３４は、ヒータ端子金具３０５３の突出部３５３４が当接される面である。先端向き面３０３４は、第１の実施形態の先端向き面３４と同様に、第２の実施形態の先端向き面２０３４と比較して付き当り面３２から後端側に離れた位置に設けられた面であり、リード線５５が延びる方向と交差する方向に延びる面である。

ヒータ端子金具３０５３は、リード線５５から供給される電力を、ヒータ２０の電極パッド２３へ伝達するものである。ヒータ端子金具３０５３には、図１０に示すように、電極パッド２３側から順に、ロウ付け部５３１と、首部５３２と、加締め部５３３と、突出部３５３４と、が主に設けられている。

突出部３５３４は、図８および図９に示すように、セパレータ３０３０の先端向き面３０３４と当接する部分である。突出部３５３４は、加締め部５３３から後端側に延びた板状の延出部を折り曲げて形成した部分であり、軸線Ｏを中心とする周方向に折り曲げられた部分である。言い換えると、突出部３５３４は、図１０に示すように、ヒータ端子金具３０５３を形成する板を中心として、加締め部５３３が形成された側と反対側に折り曲げられた部分である。

なお、突出部３５３４の形状は、図１０に示すような矩形状に限定されるものではなく、セパレータ３０３０の先端向き面３０３４と当接してヒータ端子金具３０５３の後端側への移動を阻害できる形状であればよい。

上記の構成のように先端向き面３０３４をリード線挿通孔３３の周方向側に配置すると共に、突出部３５３４を先端向き面３０３４に向かって周方向へ突出させることにより、セパレータ３０３０の径方向への大型化を抑制することができる。ヒータ２０への電力供給に係る一対のヒータ端子金具３０５３や、ガス検出素子１０の出力に係る第１センサ端子金具５１および第２センサ端子金具５２は、セパレータ３０３０の軸線Ｏを中心とする周方向に間隔をあけて配置されている。この端子同士の間に存在する周方向の空間に、それぞれのヒータ端子金具３０５３に対応した先端向き面３０３４を配置することにより、ヒータ端子金具３０５３の外側に当接面を配置する場合と比較して、先端向き面３０３４を配置するための空間を新たに設ける必要がなく、セパレータ３０３０の大型化、特に径方向への大型化を抑制することが容易となる。

１，２００１，３００１…ガスセンサ、１０…ガス検出素子（検出素子）、２０…ヒータ（発熱体）、３０，２０３０，３０３０…セパレータ、３１…収容部（収容空間）、３２…付き当り面、３３，２０３３…リード線挿通孔、３４，２０３４，３０３４…先端向き面、５３，２０５３，３０５３…ヒータ端子金具（端子）、５３３…加締め部、５３４，２５３４，３５３４…突出部、５５…リード線

Claims

先端が閉塞され筒状に形成された検出素子と、
前記検出素子の筒孔内に自身の先端部が配置され、自身の後端部が前記筒孔から突出して配置される棒状に形成された、前記検出素子を加熱する発熱体と、
自身の先端側が、前記発熱体に固定されて該発熱体と電気的に接続し、自身の後端側には、外部回路から加熱に用いられる電力を供給するリード線と電気的に接続される加締め部を有する端子と、
前記検出素子の後端側に配置されたセパレータであって、前記リード線が少なくとも挿通されるリード線挿通孔、及び該リード線挿通孔の先端側に接続し、当該リード線挿通孔よりも拡径する共に、前記端子が少なくとも挿通される端子挿通孔が備えられたセパレータと、
が設けられたガスセンサであって、
前記リード線挿通孔の孔径が前記加締め部よりも大きく、
前記端子には、径方向に突出する突出部が設けられており、該突出部が前記リード線挿通孔の内面と前記端子挿通孔の内面とを接続する先端向き面に当接することを特徴とするガスセンサ。
前記先端向き面は、前記リード線挿通孔よりも径方向内側に配置され、
前記突出部は、前記端子から前記径方向内側に向かって突出することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記突出部は、前記端子における前記加締め部よりも後端側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
前記突出部は、前記端子における前記加締め部よりも先端側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。