JP5995765B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
このようなガスセンサにおいては、被検出ガスの濃度に応じたガスセンサ素子の出力を外部に取り出すため、ガスセンサ素子の後端側に設けた電極パッドに接続端子を接触させて両者を電気的に接続すると共に、接続端子の後端側にリード線を圧着している。そして、ケーシングの後端に配置された弾性部材の貫通孔からリード線をガスセンサの外部に引き出している。
このガスセンサの製造は次のように行う。まず、リード線の後端側にコネクタを接続すると共に、予めリード線の先端側を弾性部材の貫通孔に挿通する。次に、絶縁部材からなるセパレータに接続端子を保持し、この接続端子の後端側にリード線の先端を圧着する。そして、ケーシング内に弾性部材や、接続端子を保持したセパレータを配置し、ガスセンサを組み付ける。
従って、本発明は、弾性部材の貫通孔にリード線を容易に挿通することができると共に、挿通の際にリード線先端の芯線がほつれ難く、生産性及び電気的信頼性が向上したガスセンサの提供を目的とする。
このガスセンサによれば、リード線の先端にリード線より剛性の高いリード線接続部が取り付けられているので、リード線接続部がガイドとなってリード線を弾性部材の貫通孔に容易に挿通することができ、生産性が向上する。又、リード線の先端にリード線接続部が取り付けられているので、貫通孔に芯線が直接当らず、芯線がほつれた状態で貫通孔に挿通されることがなくなる。従って、リード線の芯線がほつれ難く、絶縁不良や導電不良を抑制して電気的信頼性が向上する。
このガスセンサによれば、H/Wが1に近いほど、高さ方向と幅方向のリード線の圧縮率が均等になり、径方向のどの位置から見ても、リード線接続部(圧着端子部)の外径を確実にリード線の直径以下に設定できる。
このガスセンサによれば、被覆層の厚みが厚くなり過ぎないので、リード線のコストアップを抑制できる。
図1は、本発明の実施形態に係るガスセンサ(酸素センサ)200の軸線方向O(長手方向)に沿う断面図を示す。酸素センサ200は、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、軸線方向O(酸素センサ200の長手方向:図中上下方向)に延びる板状形状をなす酸素センサ素子(ガスセンサ素子)10と、軸線方向Oに貫通するコンタクト挿通孔169aの内壁面が酸素センサ素子の後端部の周囲を取り囲む状態で配置され絶縁部材からなるセパレータ169と、セパレータ169に自身の先端側がそれぞれ離間して保持される4個の接続端子30(図1では、2個図示)と、接続端子30の後端側にそれぞれ電気的に接続されてセパレータ169より後端に引き出される4本のリード線146(図1では、2本図示)と、セパレータ169の後端側に配置されるゴム製の弾性部材(ゴムキャップ)150とを備えている。また、主体金具138の後端側には金属製の保護筒(外筒)144が接続されており、弾性部材150が外筒144の後端側に内挿されると共に外筒144を介して縮径状に加締められている。
弾性部材150は円柱状に形成され、リード線を軸線方向Oにそれぞれ挿通させる4個の貫通孔161(図1では、1個図示)が弾性部材150の周方向に沿って形成されている。弾性部材150は、例えばシリコンゴムやフッ素ゴム等からなる。なお、貫通孔161は弾性部材150の周方向から偏移して形成されていてもよい。
なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、酸素センサ素子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151、粉末充填層(滑石リング)156a、156b、およびセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部との間には、Oリング107が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング156やセラミックホルダ151を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ108が配置されている。なお、主体金具138の後端部は、Oリング107を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
そして、主体金具138の後端側外周には、金属製の保護筒(外筒)144が溶接等により固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には弾性部材150が配置され、弾性部材150の各貫通孔161に各リード線146を通した後、外筒144の後端寄り部位のシール用筒部144aを外周面から縮径状にかしめる(八方丸加締め)ことでシール用筒部144aを径方向に圧縮し、貫通孔161等におけるシールを保持している。
セパレータ169は円筒状をなして外筒144の内部に配置され、セパレータ169の先端側の外筒144内に筒状のバネ材170が配置されている。そして、バネ材170によってセパレータ169が後端側に付勢され、弾性部材150の先端向き面に当接し、セパレータ169が外筒144内の所定位置に保持される。
そして、電極パッド10a、10bは、Ip2電流(の電圧変換値)、酸素濃度検出セルの検出値、及び第1ポンピングセルのポンピング電流を外部コントローラとの間で入出力するために用いられる。
又、図2(b)に示すように、素子接続部31は、後端側に位置する筒状の保持部31cと、保持部31cから先端側に向かって延びると共に、先端縁から後端側へ屈曲し、弾性力によってセパレータ169の軸方向中心に向かって膨らんでいる先端部31aと、保持部31cと先端部31aとの接続部位の両側面からセパレータ169の軸方向中心に向かってL字状に折曲する係止部31bとを一体に備えている。係止部31bの後端向き面はセパレータ169の先端向き面に当接し、セパレータ169内の保持孔(図示せず)へのリード線接続部35の挿入深さを位置決めするようになっている。そして、ガスセンサ素子10の後端部をセパレータ169のコンタクト挿通孔169aに挿通した際、先端部31aがガスセンサ素子10の電極パッド10a、10bと摺動し、先端部31aの弾性力によって電極パッドとの接圧を増すことで、確実な電気的接続が図られる。
一方、リード線接続部35は、素子接続部31の保持部31cに内挿される細長い筒状の先端部35aと、先端部35aの後端側の圧着端子部35bとを一体に備えている。圧着端子部35bは公知の筒状をなし、被覆層を剥いて芯線を露出させたリード線146を筒内部に圧着することで、リード線接続部35にリード線が電気的に接続される。
ここで、シール性を確保するため、貫通孔161の内径は、リード線146の(被覆層を含めた)直径よりわずかに小さくなっている。このため、貫通孔161に挿通されるリード線接続部35の径方向の最大長さが被覆層を含めたリード線146の直径より大きいと、その部分でリード線接続部35がリード線146より突出して貫通孔161の内壁を傷付け、シール性の低下や弾性部材150の破断が生じることがある。
このようなことから、本発明においては、径方向のどの位置から見ても、リード線接続部35(先端部35a及び圧着端子部35b)の最大長さを、被覆層を含めたリード線146の直径HL以下に規定する(図5参照)。つまり、貫通孔161の内径は、リード線接続部35の径方向の最大長さ以上と規定する。
また、ガスセンサ素子10の電極パッド10a、10bとの接触面積を大きくするため、素子接続部31は、貫通孔161の内径よりも広がるように規定する。換言すると、貫通孔161の内径は、素子接続部31の径方向の最大長さよりも小さくなっている。
なお、ここでいう「最大長さ」とは、軸線方向に垂直な断面で見たときの径方向の長さのうち、最大長となる箇所での長さを意味する。図1の素子接続部31で例示すると、ガスセンサ素子10の電極パッド10aとの接触点からセパレータ169の内壁面との接点までの距離が、素子接続部31における最大長さに相当する。
まず、図4に示すように、リード線接続部35の圧着端子部片部35bxの内側に、被覆層を剥いて芯線146cを露出させたリード線146を挿入する。圧着端子部片部35bxは圧着前の圧着端子部35bに相当し、2片の圧着端子部片部35bxが径方向に略ハの字状に離間している。なお、芯線146cを先端部35aの後端に当接させつつ圧着端子部片部35bx内に挿入し、圧着端子部片部35bxの内側には芯線146cを位置させる。
ここで、圧着後の圧着端子部35bの高さ寸法Hを幅寸法Wで除した値をハイトワイド比(H/W)とすると、ハイトワイド比を0.54〜1.00とすることが好ましく、0.70〜1.00とするとより好ましい。
これは、H/Wが1に近いほど、高さ方向と幅方向のリード線146の圧縮率が均等になり、径方向のどの位置から見ても、リード線接続部35(圧着端子部35b)の最大長さを確実にリード線146の直径以下に設定できるからである。
なお、H/Wの調整は、上型ダイス500と下型ダイス502の形状、及び下型ダイス502を上型ダイス500にどれだけ近づけるか(プレス圧)によって行うことができる。
又、被覆層の厚みが厚いほどリード線146のコストアップに繋がるので、リード線146の(被覆層の厚み)/(芯線の直径)の比を0.4以下とすることが好ましい。
例えば、接続端子の素子接続部31及びリード線接続部35の形状は限定されない。又、接続端子30、並びに対応するリード線146及び弾性部材の貫通孔161の個数も限定されない。
又、ガスセンサ素子は板状に限らず、筒状であってもよい。さらに、ガスセンサ素子と接続端子との接続方法も、上記した電極パッドに限らない。例えば筒状のガスセンサ素子の内面に内側電極部を形成し、この内側電極部の内側に筒状の接続端子を接続すると共に、ガスセンサ素子の外面に外側電極部を形成し、この外側電極部の外側を囲むように筒状の接続端子を接続することもできる。
ガスセンサ素子の種類も限定されず、上記した酸素センサ素子(全領域空燃比センサ素子)の他、λセンサ素子、NOxセンサ素子、アンモニアセンサ素子を用いることができる。
30 接続端子
31 素子接続部
35 リード線接続部
146 リード線
150 弾性部材
161 貫通孔
200 ガスセンサ
HL リード線の直径
Claims (3)
- 軸線方向に延びて自身の先端側が被測定ガスに晒されるガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子と電気的に接続する接続端子と、
前記接続端子と電気的に接続するリード線と、
前記接続端子の後端側に配置され、前記リード線を前記軸線方向に挿通させる貫通孔が形成された弾性部材と、を備えたガスセンサであって、
前記接続端子は、前記ガスセンサ素子と直接または間接的に接続する素子接続部と、前記リード線の先端と直接または間接的に接続するリード線接続部とを有し、前記リード線接続部の先端側が前記素子接続部の後端側に重なり合って連結され、
前記貫通孔の内径が、前記リード線接続部の前記軸線方向に垂直な断面の最大長さ以上、かつ、前記素子接続部の前記軸線方向に垂直な断面の最大長さ及び前記リード線の直径よりも小さいガスセンサ。 - 前記リード線接続部は前記リード線の先端と接続するための圧着端子部を備え、圧着後の該圧着端子部の高さ寸法Hを幅寸法Wで除した値H/Wが0.54〜1.0である請求項1記載のガスセンサ。
- 前記リード線における(被覆層の厚み)/(芯線の直径)の比が0.4以下である請求項1または2記載のガスセンサ。
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