JP6438874B2

JP6438874B2 - センサ

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Publication number: JP6438874B2
Application number: JP2015203454A
Authority: JP
Inventors: 邦彦米津; 健弘大場; 久治西尾; 銀次郎伊藤; 山田　裕一; 裕一山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: JP6502822B2; JP2016130719A; JP2016130720A

Description

本発明は、センサに関する。

従来、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン）の吸気系統や排気系統に取り付けられるガスセンサが知られている。このガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘ）の濃度を検出するために用いられる（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示のガスセンサは、軸線方向に延びる検出素子と、接続端子と、セパレータと、を備える。検出素子は、酸素濃度に応じた電流が流れる先端側に位置する検出部と、接続端子と接触する後端側に位置する電気パッドと、を有する。接続端子は、軸線方向に延びるフレーム本体部と、フレーム本体部の後端部から後端側に延び、導電部材と接触する接触部と、フレーム本体部の先端部から後端側に折り返して延び、電気パッドと弾性的に接触する素子当接部と、を有する。導電部材は、検出素子から出力される信号に基づいて特定ガス成分を算出するための外部回路と電気的に接続する。セパレータは、接続端子の少なくとも一部と、検出素子の後端側の少なくとも一部とを収容する。

特開２０１４−３８０８３号公報

上記従来の技術において、フレーム本体部と検出素子との検出素子の厚み方向における距離が長い場合、素子当接部を電気パッドに接触させるために、フレーム本体部から延びる素子当接部の寸法（接点距離）を長くする必要が生じる。素子当接部の寸法が長い場合、電気パッドに弾性的に接触するときの素子当接部の押圧力（バネ力）が低くなる虞がある。よって、素子当接部の押圧力が低下することを抑制できる技術が望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延び、対向する２つの主面を形成する板状形状の検出素子であって、前記軸線方向の先端側に位置し、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部と、前記軸線方向の後端側に位置し、前記２つの主面のうちの少なくとも１つの主面上に電気パッドが形成された素子後端部とを有する検出素子と、前記軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、前記フレーム本体部の先端部から前記検出素子に向かって前記後端側に折り返して延び、前記電気パッドと弾性的に接触する素子当接部と、前記フレーム本体部の後端部から前記後端側に延び、外部回路に電気的に接続する導電部材と接触する接触部と、を有する接続端子と、前記接続端子の少なくとも一部と前記素子後端部の少なくとも一部とを、それぞれ内部に収容するセパレータ部と、を備えるセンサが提供される。このセンサは、前記接触部は、前記検出素子の前記２つの主面間で形成される厚みの方向である厚み方向において前記導電部材と重なって接触しており、前記セパレータ部は、前記素子当接部の一部と前記素子後端部とを収容する素子収容空間部と、前記接触部及び前記導電部材の一部を収容すると共に前記素子収容空間部に対し前記厚み方向に隣接する端子収容空間部とを仕切る、隔壁を有し、前記端子収容空間部を前記軸線方向の先端側に沿って延ばした領域内のうち、前記厚み方向における前記素子収容空間部側の領域である素子側領域に、前記フレーム本体部が位置する。
この形態によれば、フレーム本体部が端子収容空間部の素子側領域に位置するため、厚み方向における検出素子とフレーム本体部との距離を短くでき、素子当接部のフレーム本体部に接続された端部から電気パッドまでの距離を短くできる。よって、電気パッドに弾性的に接触するときの素子当接部の電気パッドへの押圧力が低下することを抑制できる。

（２）上記形態のセンサであって、前記接触部は、前記導電部材の周囲を囲むことによって、又は、前記導電部材によって周囲を取り囲まれることによって、前記厚み方向に重なるように前記導電部材と接触しても良い。
この形態によれば、接触部と導電部材とが厚み方向に重なって接触でき、接触部と導電部材との電気的接続の信頼性が向上する。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスセンサの他に、ガスセンサの製造方法、接続端子等の態様で実現することができる。

本発明の第１実施形態としてのガスセンサの断面図である。端子収容ユニットの斜視図である。検出素子の模式図である。第２の接続端子を説明するための図である。第１と第５の接続端子を説明するための図である。セパレータ部を示す概略斜視図である。セパレータ部に接続端子を配置したときの概略斜視図である。図６に示す図を先端側から見た図である。図７に示す図を先端側から見た図である。ガスセンサを更に説明するための図である。参考例としてのガスセンサを説明するための図である。接続端子の他の実施形態の斜視図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としてのガスセンサ２００の断面図である。図２は、端子収容ユニット１０の斜視図である。図３は、検出素子２０の模式図である。図１において、検出素子２０の軸線Ｏに平行な方向を軸線方向ＣＤとし、紙面上側をガスセンサ２００の後端側ＢＳとし、紙面下側をガスセンサ２００の先端側ＡＳとする。

このガスセンサ２００（図１）は、例えば、内燃機関の吸気系統（例えば、吸入配管）に取り付けられ、吸気系統を流れる吸入ガス中の特定ガス濃度（酸素濃度）を検出するための検出信号を出力する。本実施形態のガスセンサ２００は、エンジンの空燃比制御などに用いられる吸入ガスの酸素濃度を測定するために用いられる。ガスセンサ２００の先端側ＡＳは、吸入配管内に配置される。

ガスセンサ２００は、後端側ＢＳから先端側ＡＳの順に、端子収容ユニット１０と、取付部１５と、主体金具１６と、プロテクタ１７とを備える。また、ガスセンサ２００は、軸線方向ＣＤに延びる検出素子２０を備える。

検出素子２０（図３）は、板状形状であり、互いに対向する第１主面２０ｆａと第２主面２０ｆｂとを有する。第１主面２０ｆａと第２主面２０ｆｂとは、検出素子２０の主面を形成する。第１主面２０ｆａと第２主面２０ｆｂとのそれぞれは、検出素子２０の外表面のうち最も面積が大きい面である。検出素子２０の２つの主面２０ｆa，２０ｆｂ間で形成される検出素子２０の厚みの方向を厚み方向Ｄｅと呼ぶ。つまり、厚み方向Ｄｅは、軸線方向ＣＤと直交し、かつ、第１主面２０ｆａと第２主面２０ｆｂとが対向する方向に沿った方向である。

検出素子２０は、軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに位置する検出部２１と、軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに位置する素子後端部２２とを有する。素子後端部２２は、第１主面２０ｆａに形成された第１〜第３の電気パッド２４ａ〜２４ｃと、第２主面２０ｆｂに形成された第４と第５の電気パッド２４ｄ，２４ｅとを有する。各電気パッド２４ａ〜２４ｅは、白金等の金属や導電性を有する部材によって形成され、それぞれの表面形状が略矩形状である。第２の電気パッド２４ｂは、他の電気パッド２４ａ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅに比べて後端側ＢＳに配置されている。ここで、第１〜第５の電気パッド２４ａ〜２４ｅを区別することなく用いる場合は、「電気パッド２４」を用いる。検出部２１は、被測定ガス中の特定ガス成分（例えば、酸素）の濃度を検出するために用いられる。図１に示すように、検出素子２０のうち検出部２１が位置する先端側部分は、多孔質部材によって形成された検出部保護層９０で覆われている。検出部保護層９０は、被測定ガス中に含まれる水等が検出部２１に付着することを抑制する機能を有する。

空燃比センサとして用いられる検出素子２０（図３）は、従来の検出素子と同様の構成であるため、その内部構造等の詳細説明は省略するが、概略構成を以下に説明する。検出素子２０は、検出部２１が形成された板状形状の素子層２８と、素子層２８を加熱するための板状形状のヒータ層２９とが積層した積層体である。素子層２８はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを、中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。素子層２８は、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方の電極（「第１電極」とも呼ぶ。）を外部に晒すと共に、一対の電極の他方の電極（「第２電極」とも呼ぶ。）を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置する。また、素子層２８は、第２電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルを有する。そして素子層２８は、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御する。この電流の制御によって、測定室内の酸素が汲み出されたり、測定室内に外部から酸素を汲み入れられたりする。なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部２１を構成する。電気パッド２４は、検出部２１から検出信号を取り出すためや、ヒータ層２９に埋設された電熱線に電力を供給するために用いられる。

端子収容ユニット１０（図１）は、後端側ＢＳに底部３１を有する有底筒状のセパレータ部３０と、セパレータ部３０から軸線方向ＣＤに対して交差する方向に延びるコネクタ部５０と、を備える。本実施形態において、コネクタ部５０は厚み方向Ｄｅに延びる。端子収容ユニット１０は、樹脂部材によって一体成形されている。樹脂部材としては、成形性のよい樹脂、例えば、ナイロン（登録商標）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を用いることができる。

セパレータ部３０（図２）は、さらに、検出素子２０や後述する接続端子６０を収容するための第１〜第５の端子収容空間部３４ａ〜３４ｅ及び素子収容空間部３４ｆと、６つの収容空間部３４ａ〜３４ｆを仕切る隔壁３５と、隔壁３５の周囲を取り囲み外周部を形成する本体部４１とを有する。図１に示すように、隔壁３５は、底部３１からセパレータ部３０の先端側端面の近傍まで延びる複数の板状部材によって構成されている。隔壁３５は、軸線方向ＣＤと直交する平面において、６つの収容空間部３４ａ〜３４ｆを仕切る。図２に示すように、第１〜第５の端子収容空間部３４ａ〜３４ｅには、対応する第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅがそれぞれ収容される。素子収容空間部３４ｆには、検出素子２０の素子後端部２２と第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅの一部（詳細には、第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅの素子当接部の一部）が収容される。

セパレータ部３０を先端側ＡＳから見た場合に、素子収容空間部３４ｆは、筒状のセパレータ部３０の略中央に配置され、第１〜第５の端子収容空間部３４ａ〜３４ｅは素子収容空間部３４ｆよりもセパレータ部３０の径方向外側に配置されている。ここで、６つの収容空間部３４ａ〜３４ｆを区別することなく用いる場合は、「収容空間部３４」を用いる。また、第１〜第５の端子収容空間部３４ａ〜３４ｅを区別することなく用いる場合は、「端子収容空間部３４Ａ」を用いる。また、第１〜第５の接続端子６０ａ〜６０ｅを区別することなく用いる場合は、「接続端子６０」を用いる。

本体部４１（図２）は、軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに位置する底部３１の周縁部から軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに延びる。本体部４１は、セパレータ部３０の側部を構成する。図１に示すように、隔壁３５と本体部４１とは底部３１によって間接的に接続されている。また、図２に示すように、隔壁３５と本体部４１とは少なくとも先端側ＡＳにおいて、直接的に接続されている。

コネクタ部５０（図１）内には、検出素子２０から出力される検出信号を外部に取り出すための導電部材５２（詳細には導電部材５２の一端部５４）が収容されている。導電部材５２は、接続端子６０の数に対応して５つ設けられている（図１では１つのみ図示）。導電部材５２は、セパレータ部３０及びコネクタ部５０を樹脂部材によって成形するときにインサート成形される。

各導電部材５２の他端部５６は、第１〜第５の端子収容空間部３４ａ〜３４ｅ内で対応する接続端子６０と接触することで電気的に接続している。導電部材５２の一端部５４はコネクタ部５０の開口部５８内に配置され、開口部５８に外部のコネクタが挿入される。これにより、外部のコネクタ内に配置された端子が導電部材５２の一端部５４に電気的に接続される。検出素子２０から出力された検出信号は、外部のコネクタを介して酸素濃度を算出するための外部回路（外部機器）に伝達される。

主体金具１６は、検出素子２０が内側に配置される筒状の部材である。主体金具１６は、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼によって形成される。主体金具１６は、検出素子２０の軸線方向ＣＤを中心とした周囲を取り囲む。主体金具１６は、検出素子２０の検出部２１が先端側ＡＳに突出すると共に素子後端部２２が後端側ＢＳに突出するように検出素子２０を保持する。主体金具１６のうち後端側ＢＳに位置する後端側外周部１６８には、取付部１５がレーザー溶接等によって取り付けられている。主体金具１６のうち先端側ＡＳに位置する先端側外周部１６７には、プロテクタ１７がレーザー溶接によって取り付けられている。

ガスセンサ２００（図１）は、さらに、セラミックホルダ１７５と、粉体充填層１７３と、セラミックスリーブ１７１とを備える。セラミックスリーブ１７１と主体金具１６の後端部１６４との間には、加締リング１５７が配置されている。

セラミックホルダ１７５及びセラミックスリーブ１７１は、アルミナによって形成されている。セラミックスリーブ１７１及びセラミックホルダ１７５は、軸線方向ＣＤに沿った矩形状の軸孔を有する筒状体である。このセラミックスリーブ１７１及びセラミックホルダ１７５は、その矩形状の軸孔に板状の検出素子２０を挿通する。

セラミックホルダ１７５は、粉体充填層１７３よりも先端側ＡＳに配置されている。セラミックホルダ１７５は、主体金具１６のうち先端側ＡＳに位置する棚部１６９に係止されている。

セラミックスリーブ１７１は、粉体充填層１７３の後端側ＢＳに配置されている。セラミックスリーブ１７１は、粉体充填層１７３の元となる滑石粉末を先端側ＡＳに向かって押し付けるための部材である。セラミックスリーブ１７１は、主体金具１６内に配置された後、主体金具１６の後端部１６４を径方向内側かつセラミックスリーブ１７１の後端面に向けて加締めることによって、主体金具１６内に固定されている。加締リング１５７は、セラミックスリーブ１７１の後端側に配置され、主体金具１６の後端部１６４を加締めることで、加締めリング１７５により、セラミックスリーブ１７１が粉体充填層１７３を押圧する。

粉体充填層１７３は、粉体材料としての滑石粉末が主体金具１６内に圧縮充填されることによって形成される。粉体充填層１７３の内部には検出素子２０が挿通される。粉体充填層１７３は、主体金具１６の内表面と直接に接するように検出素子２０の外表面と主体金具１６の内表面との間に配置されている。

主体金具１６は、さらに、周方向に亘って外表面に形成された溝部１６２を有する。この溝部１６２には、吸入配管と主体金具１６との間をシールするためのシール部材１５８が配置される。本実施形態では、シール部材１５８はＯ−リングである。シール部材１５８は、ガスセンサ２００が吸入配管に取り付けられる際に、吸入配管のセンサ取り付け孔の内壁に圧接されることにより弾性変形する。このシール部材１５８の弾性変形によって、センサ取り付け孔とガスセンサ２００との間がシールされる。

プロテクタ１７（図１）は、外部プロテクタ１８と、外部プロテクタ１８の内側に位置する内部プロテクタ１９と、を有する。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は有底筒状である。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は、複数の孔部を有する金属製の部材である。これらの複数の孔部を通過して、内部プロテクタ１９内に被測定ガスが流入する。外部プロテクタ１８及び内部プロテクタ１９は、検出素子２０の検出部２１を覆うことによって流路８４内を流れる水等が検出部２１に付着することを抑制する。

取付部１５は、主体金具１６と端子収容ユニット１０とを接続する部材である。取付部１５は、ステンレス鋼等の金属製の部材である。取付部１５のうち先端側ＡＳに位置する部分は主体金具１６にレーザー溶接等に取り付けられ、後端側ＢＳに位置する部分は端子収容ユニット１０の本体部４１に加締めによって取り付けられている。詳細には、本体部４１の先端側端面に形成された溝４１１には、シール部材１５９が配置されている。シール部材１５９はＯ−リングである。このシール部材１５９は、取付部１５と本体部４１との取付部分を封止する。取付部１５は、図１の紙面方向に突出する一対のフランジ部（図示せず）を有する。フランジ部には孔が形成されている。この孔にネジを挿通し、取付対象体である吸入配管に設けられたネジ孔にネジ止めすることでガスセンサ２００が取付対象体に取り付けられる。

図４は、第２の接続端子６０ｂを説明するための図である。図４（ａ）は、第２の接続端子６０ｂの上面図である。図４（ｂ）は、第２の接続端子６０ｂの正面図である。図４（ｃ）は、第２の接続端子６０ｂの右側面図であり、図４（ｄ）は、図４（ａ）のＦ４ａ−Ｆ４ａ断面図である。図４（ｄ）には、第２の接続端子６０ｂがセンサ２００に組み付けられた場合の軸線方向ＣＤ及び厚み方向Ｄｅを示している。

図４（ｄ）に示すように、第２の接続端子６０ｂは、フレーム本体部６２と、素子当接部６１と、接触部６３とを備える。フレーム本体部６２は、軸線方向ＣＤ方向に延びる長尺形状である。フレーム本体部６２は、板状の部材である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、第２の接続端子６０ｂは、さらに、フレーム本体部６２に設けられた２つの突起部６８を有する。２つの突起部６８は、セパレータ部３０の先端側端面に形成された溝に配置される。

素子当接部６１は、フレーム本体部６２の先端部６２１から折り返して後端側ＢＳに延びる。具体的には、素子当接部６１は、先端部６２１から折り返して検出素子２０に向かう方向に延びる。素子当接部６１は、バネ部６５と、素子接点部６７とを有する。バネ部６５は、先端部６２１から後端側ＢＳに向かうに従って検出素子２０に近づくように延びる。バネ部６５は、板状の部材である。素子接点部６７は、バネ部６５の後端側ＢＳの部分を形成する。素子接点部６７は、第２の電気パッド２４ｂ（図３）と接触する。素子接点部６７と第２の電気パッド２４ｂとの接触状態では、素子当接部６１はフレーム本体部６２に近づくように弾性変形している。これにより、素子当接部６１は、第２の電気パッド２４ｂと弾性的に接触する。

接触部６３は、フレーム本体部６２の後端側ＢＳに位置する。接触部６３は、第１接触部本体６４と、第２接触部本体６６と、接触用端子６９とを備える。第１接触部本体６４は、フレーム本体部６２の後端部６２２から後端側ＢＳに延びる板状の部材である。第２接触部本体６６は、第１接触部本体６４の幅方向（図４（ｂ）の左右方向）の両側に接続されている。第２接触部本体６６は、厚み方向Ｄｅについて、第１接触部本体６４を挟んで素子当接部６１とは反対側に位置する。図４（ａ）及び図４（ｄ）に示すように、第２接触部本体６６は、第１接触部本体６４と共に接触用端子６９の周囲を取り囲むように形成されている。本実施形態では、第１と第２接触部本体６４，６６とによって、軸線方向ＣＤと直交する断面が枠状の部材が形成される。この枠状内に、接触用端子６９及び導電部材５２の他端部５６（図１）が配置される。

本実施形態では、接触部６３の厚み方向Ｄｅにおける最大寸法は、端子収容空間部３４Ａの厚み方向Ｄｅにおける寸法とほぼ同一である。第１接触部本体６４及び第２接触部本体６６は、図１及び図２に示すように、第２の端子収容空間部３４ｂに収容される。これにより、第１接触部本体６４及び第２接触部本体６６が第２の端子収容空間部３４ｂの壁面に当たることで、第２の接続端子６０ｂの動き（軸線方向ＣＤと直交する動き）が規制される。

接触用端子６９は、第１接触部本体６４の後端部６２４から折り返して先端側ＡＳに向かって延びる。接触用端子６９は、フレーム本体部６２に対して素子当接部６１が位置する側とは反対側に折り返されている。接触用端子６９のうち、第１接触部本体６４及び第２接触部本体６６によって取り囲まれた部分には、導電部材５２の他端部５６（図１）と接触するコネクタ接点部６９ｐが形成されている。このように、厚み方向Ｄｅにおいて、第２の接続端子６０ｂの素子接点部６７とフレーム本体部６２とは、コネクタ接点部６９ｐに対して同じ側（本実施形態では、図４（ｄ）の左側）に位置する。

図５は、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅを説明するための図である。図５（ａ）は、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅの上面図である。図５（ｂ）は、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅの正面図である。図５（ｃ）は、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅの右側面図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）のＦ５ａ−Ｆ５ａ断面図である。図５（ｄ）には、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅがセンサ２００に組み付けられた場合の軸線方向ＣＤ及び厚み方向Ｄｅを示している。第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅと第２の接続端子６０ｂ（図４）との異なる点は、突起部６８の個数と素子当接部６１ａの構成である。第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅのその他の構成について、第２の接続端子６０ｂと同様の構成であるため、同様の構成については同一の符号を付すと共に説明を省略する。

突起部６８（図５（ｂ））は、１つのみ設けられている。突起部６８は、フレーム本体部６２の先端側ＡＳからフレーム本体部６２の幅方向に突出する。図５（ｃ）に示すように、素子当接部６１ａは、フレーム本体部６２の先端部６２１から検出素子２０に向かって後端側ＢＳに折り返して延びる。素子当接部６１ａと第２の接続端子６０ｂの素子当接部６１（図４）との異なる点は、内側延出部６４ａを有する点と、バネ部６５ａの幅がバネ部６５（図４）よりも小さい点である。

内側延出部６４ａは、フレーム本体部６２の先端部６２１から検出素子２０が位置する側（検出素子２０に近づく側）に向かって延びる。本実施形態の内側延出部６４ａは、水平方向に沿って延びると共に、途中でフレーム本体部６２の幅方向（図５（ｂ）の左右方向）に屈曲している。第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅにおいて、内側延出部６４ａが屈曲する方向は、突起部６８が突出する方向とは反対の方向である。なお、他の実施形態では、内側延出部６４ａは、水平方向に対して傾斜していても良い。

第３と第４の接続端子６０ｃ，６０ｄ（図２）は、第１と第５の接続端子６０ａ，６０ｅと比べた場合に、突起部６８及び素子当接部６１ａのフレーム本体部６２に対する位置が反対である点でのみ異なる。すなわち、図５（ｂ）において、第３と第４の接続端子６０ｃ，６０ｄは、突起部６８がフレーム本体部６２に対して左側に位置し、バネ部６５ａがフレーム本体部６２に対して右側に位置する。

図６は、セパレータ部３０を示す概略斜視図である。図７は、セパレータ部３０に接続端子６０を配置したときの概略斜視図である。図８は、図６に示す図を先端側ＡＳから見た図である。図９は、図７に示す図を先端側ＡＳから見た図である。なお、図６及び図７には、側部４４（図２）のうち溝４１１より径方向内側の部分を示しており、側部４４の構成については一部省略している。また、図８には、理解の容易のために、先端側端面について、側部４４にはクロスハッチングを付し、隔壁３５にはシングルハッチングを付すと共に、検出素子２０が配置される部分を点線で示している。

セパレータ部３０は、接続端子６０の少なくとも一部と、素子後端部２２の少なくとも一部（図２に示す電気パッド２４が形成された部分）とを内部に収容する。本実施形態では、図１及び図７に示すように、セパレータ部３０は、接続端子６０のうち先端側ＡＳを除く部分を収容している。また、セパレータ部３０は、接触部６３と、導電部材５２の少なくとも一部（図１に示す他端部５６）とを内部に収容する。

素子収容空間部３４ｆは、検出素子２０の素子後端部２２と素子当接部６１，６１ａの一部とを収容する。端子収容空間部３４Ａは、接続端子６０のフレーム本体部６２及び接触部６３と、導電部材５２の他端部５６とを収容する。図８に示すように、端子収容空間部３４Ａは、素子収容空間部３４ｆに対して厚み方向Ｄｅに隣接している。

隔壁３５は、素子収容空間部３４ｆと、素子収容空間部３４ｆに隣接する端子収容空間部３４Ａとの仕切る壁を含む。また、隔壁３５は、複数の収容空間部３４のそれぞれにおける、軸線方向ＣＤと直交する断面が略矩形状となるように複数の収容空間部３４を区画する。すなわち、隔壁３５によって収容空間部３４の軸線方向ＣＤに沿った側壁が形成されている。これにより、接続端子６０及び検出素子２０がセパレータ部３０に配置された場合に、接続端子６０のフレーム本体部６２と検出素子２０とのそれぞれにおける軸線方向ＣＤを中心とした周囲が、隔壁３５によって取り囲まれる。隔壁３５の先端側端面には、接続端子６０の突起部６８（図４（ｂ），図５（ｂ））が配置される溝３８が形成されている。

図１０は、ガスセンサ２００を更に説明するための図である。図１０では、第２の端子収容空間部３４ｂ，第２の接続端子６０ｂを用いて説明を行うが、他の端子収容空間部３４ａ，３４ｃ〜３４ｅ，他の接続端子６０ａ，６０ｃ〜６０ｅについても同様に以下の関係を有する。

接触部６３は、第２の端子収容空間部３４ｂ内において、導電部材５２（詳細には、他端部５６）の周囲を取り囲むことによってと厚み方向Ｄｅに重なって接触している。ここで、第２の端子収容空間部３４ｂを軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに沿って延ばした場合において、第２の端子収容空間部３４ｂの領域を領域Ｒ３４とする。すなわち、領域Ｒ３４は、軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに向けてガスセンサ２００を軸線方向ＣＤと直交する面に投影したときの、第２の端子収容空間部３４ｂが位置する領域である。また、領域Ｒ３４のうち、厚み方向Ｄｅにおける素子収容空間部３４ｆ側を素子側領域Ｒ３４ｆとする。つまり、素子側領域Ｒ３４ｆは、領域Ｒ３４のうち、厚み方向Ｄｅにおいて領域Ｒ３４の中心ＲＰＶから素子収容空間部３４ｆ側の端部ＲＰＷまでの領域である。また、領域Ｒ３４のうち、厚み方向Ｄｅにおける素子収容空間部３４ｆ側とは反対側を外方領域Ｒ３４Ｔとする。つまり、外方領域Ｒ３４Ｔは、領域Ｒ３４のうち、厚み方向Ｄｅにおいて領域Ｒ３４の中心ＲＰＶから反対側の端部ＲＰＸまでの領域である。

フレーム本体部６２は、素子側領域Ｒ３４ｆに位置する。本実施形態では、フレーム本体部６２は、厚み方向Ｄｅにおいて、接触部６３のうちで最も素子収容空間部３４ｆ側に位置する第１接触部本体６４に接続されている。つまり、フレーム本体部６２は、素子側領域Ｒ３４ｆのうちで端部ＲＰＷに近接した部分に位置する。厚み方向Ｄｅにおいて、フレーム本体部６２から電気パッド２４ｂに接触する素子接点部６７までの距離は距離Ｔａである。

図１１は、参考例としてのガスセンサ２００Ｔを説明するための図である。図１１は、図１０に対応する図である。参考例のガスセンサ２００Ｔと、本実施形態のガスセンサ２００との違いは、厚み方向Ｄｅにおけるフレーム本体部６２，６２Ｔの位置である。その他の構成については、ガスセンサ２００Ｔとガスセンサ２００とで同様であるため同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

ガスセンサ２００Ｔが備える接続端子６０Ｔのフレーム本体部６２Ｔは、領域Ｒ３４のうちの外方領域Ｒ３４Ｔに位置する。参考例では、フレーム本体部６２Ｔは、外方領域Ｒ３４Ｔのうちで端部ＲＰＸに近接した部分に位置する。つまり、参考例のフレーム本体部６２Ｔは、厚み方向Ｄｅにおいて、接触部６３のうちで最も素子収容空間部３４ｆから離れた部分に接続されている。厚み方向Ｄｅにおいて、フレーム本体部６２ａから電気パッド２４に接触する素子接点部６７までの距離は距離Ｔｂである。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態のガスセンサ２００は、フレーム本体部６２が素子側領域Ｒ３４ｆに位置する。これにより、フレーム本体部６２ａが外方領域Ｒ３４Ｔに位置する場合に比べ、厚み方向Ｄｅにおける、素子当接部６１のフレーム本体部６２から電気パッド２４ｂまでの距離を短くできる。つまり、距離Ｔａ（図１０）を距離Ｔｂ（図１１）よりも小さくできる。

ここで、素子当接部６１，６１ａ（図４、図５）は、先端部６２１を起点として弾性変形することによって電気パッド２４に接触している。本実施形態によれば、距離Ｔａを短くすることで、素子当接部６１，６１ａの弾性変形の起点となる先端部６２１から素子接点部６７までの接点距離を短くできる。これにより、電気パッド２４に弾性的に接触するときの、素子当接部６１の電気パッド２４に対する押圧力が低下することを抑制できる。また、押圧力の低下を抑制することで、素子当接部６１，６１ａと電気パッド２４との接触不良の発生を低減できる。

また本実施形態では、セパレータ部３０は樹脂部材によって形成されている。例えば、高温条件下（例えば、１５０℃以上）にガスセンサ２００が配置された場合、樹脂部材であるセパレータ部３０は熱膨張する場合がある。この場合においても、セパレータ部３０の熱膨張前の状態における距離Ｔａを短くすることで、熱膨張後において接点距離が過度に長くなることを抑制できる。すなわち、セパレータ部３０の熱膨張によって生じ得る素子当接部６１の電気パッド２４への押圧力が低下することを抑制できる。

Ｂ．接続端子の他の実施形態：
図１２は、接続端子６０Ａの他の実施形態の斜視図である。接続端子の接触部６３の形状は、上記第１実施形態の接続端子６０ａ〜６０ｅ（図４，図５）に限定されるものではく、厚み方向Ｄｅにおいて軸線方向ＣＤを中心とする導電部材５２の周囲を取り囲むことによって、厚み方向Ｄｅにおいて導電部材５２と重なるような形状であれば良い。例えば、図１２に示す接続端子６０Ａの接触部６３Ａは、導電部材５２の他端部５６（図１）が内側に配置された後に、内側に向かって加締めれることによって導電部材５２と接触する。図１２の接続端子６０Ａも第１実施形態と同様に、フレーム本体部６２が素子側領域Ｒ３４ｆ（図１０）に位置する。このようにしても、上記第１実施形態と同様に、距離Ｔａを短くできるため、電気パッド２４に弾性的に接触するときの素子当接部６１の電気パッド２４への押圧力が低下することを抑制できる。

また、上記第１実施形態では、接続端子６０の接触部６３が、導電部材５２の他端部５６の周囲を取り囲むことで、厚み方向Ｄｅにおいて他端部５６と接触部６３とが重なっていたがこれに限定されるものではない。具体的には、接触部６３と導電部材５２とのいずれか一方が、他方の軸線方向ＣＤを中心とした周囲を取り囲むことによって厚み方向Ｄｅに重なるように他方と接触すれば良い。例えば、接触部６３の周囲が他端部５６によって周囲を取り囲まれることで、厚み方向Ｄｅにおいて他端部５６と接触部６３とが重なっていても良い。例えば、他端部５６を軸線方向ＣＤに延びる筒状などの中空形状とし、接触部６３を軸線方向ＣＤに延びる線状とする。そして、他端部５６の内側に接触部６３を挿入して、他端部５６と接触部６３とを端子収容空間部３４Ａ内で接触させても良い。このようにしても、フレーム本体部６２が素子側領域Ｒ３４ｆに位置することで上記第１実施形態と同様に距離Ｔａを短くできる。これにより、電気パッド２４に弾性的に接触するときの素子当接部６１の電気パッド２４への押圧力が低下することを抑制できる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

Ｃ−１．第１変形例：
上記実施形態のガスセンサ２００は、吸入配管を流れる吸入ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサであったが、これに限定されるものではなく、各種の特定ガスの濃度を測定するためのガスセンサに本発明は適用できる。例えば、ガスセンサ２００，２００ａは、エンジンの排気管内を流れる排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサであっても良い。

Ｃ−２．第２変形例：
上記実施形態のガスセンサ２００は、５つの接続端子６０を有していたが（図７）、これに限定されるものではなく、４つ以下であっても良いし６つ以上であっても良い。また、全ての接続端子６０において、フレーム本体部６２が素子側領域Ｒ３４ｆに位置する必要はなく、少なくとも１つの接続端子６０のフレーム本体部６２が素子側領域Ｒ３４ｆに位置しても良い。このようにしても、素子側領域Ｒ３４ｆに位置するフレーム本体部６２を備える接続端子６０については、上記実施形態と同様の効果を奏する。

Ｃ−３．第３変形例：
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…端子収容ユニット
１５…取付部
１６…主体金具
１７…プロテクタ
１８…外部プロテクタ
１９…内部プロテクタ
２０…検出素子
２０ｆａ…第１主面
２０ｆｂ…第２主面
２１…検出部
２２…素子後端部
２４…電気パッド
２４ａ…第１の電気パッド
２４ｂ…第２の電気パッド
２４ｃ…第３の電気パッド
２４ｄ…第４の電気パッド
２４ｅ…第５の電気パッド
２８…素子層
２９…ヒータ層
３０…セパレータ部
３１…底部
３４…収容空間部
３４Ａ…端子収容空間部
３４ａ…第１の端子収容空間部
３４ｂ…第２の端子収容空間部
３４ｃ…第３の端子収容空間部
３４ｄ…第４の端子収容空間部
３４ｅ…第５の端子収容空間部
３４ｆ…素子収容空間部
３５…隔壁
３８…溝
４１…本体部
４４…側部
５０…コネクタ部
５２…導電部材
５４…一端部
５６…他端部
５８…開口部
６０，６０Ａ，６０Ｔ…接続端子
６０ａ…第１の接続端子
６０ｂ…第２の接続端子
６０ｃ…第３の接続端子
６０ｄ…第４の接続端子
６０ｅ…第５の接続端子
６１，６１ａ…素子当接部
６２、６２ａ，６２Ｔ…フレーム本体部
６３，６３Ａ…接触部
６４…第１接触部本体
６４ａ…内側延出部
６５，６５ａ…バネ部
６６…第２接触部本体
６７…素子接点部
６８…突起部
６９…接触用端子
６９ｐ…コネクタ接点部
８０…シール部材
９０…検出部保護層
１５７…加締リング
１５８，１５９…シール部材
１６２…溝部
１６４…後端部
１６７…先端側外周部
１６８…後端側外周部
１６９…棚部
１７１…セラミックスリーブ
１７３…粉体充填層
１７５…セラミックホルダ
２００，２００Ｔ…ガスセンサ
４１１…溝
４１４…本体部側部
６２１…先端部
６２２，６２４…後端部
ＡＳ…先端側
ＢＳ…後端側
ＣＤ…軸線方向
Ｄｅ…厚み方向
Ｏ…軸線
Ｒ３４…領域
Ｒ３４Ｔ…外方領域
Ｒ３４ｆ…素子側領域
ＲＰＶ…中心
ＲＰＷ，ＲＰＸ…端部
Ｔａ，Ｔｂ…距離

Claims

軸線方向に延び、対向する２つの主面を形成する板状形状の検出素子であって、前記軸線方向の先端側に位置し、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するための検出部と、前記軸線方向の後端側に位置し、前記２つの主面のうちの少なくとも１つの主面上に電気パッドが形成された素子後端部とを有する検出素子と、
前記軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、前記フレーム本体部の先端部から前記検出素子に向かって前記後端側に折り返して延び、前記電気パッドと弾性的に接触する素子当接部と、前記フレーム本体部の後端部から前記後端側に延び、外部回路に電気的に接続する導電部材と接触する接触部と、を有する接続端子と、
前記接続端子の少なくとも一部と前記素子後端部の少なくとも一部とを、それぞれ内部に収容するセパレータ部と、を備えるセンサであって、
前記接触部は、前記検出素子の前記２つの主面間で形成される厚みの方向である厚み方向において前記導電部材と重なって接触しており、
前記セパレータ部は、前記素子当接部の一部と前記素子後端部とを収容する素子収容空間部と、前記接触部及び前記導電部材の一部を収容すると共に前記素子収容空間部に対し前記厚み方向に隣接する端子収容空間部とを仕切る、隔壁を有し、
前記端子収容空間部を前記軸線方向の先端側に沿って延ばした領域内のうち、前記厚み方向における前記素子収容空間部側の領域である素子側領域に、前記フレーム本体部が位置する、ことを特徴とするセンサ。
請求項１に記載のセンサであって、
前記接触部は、前記導電部材の周囲を取り囲むことによって、又は、前記導電部材によって周囲を取り囲まれることによって、前記厚み方向に重なるように前記導電部材と接触する、ことを特徴とするセンサ。