JP6560601B2 - センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサの技術に関する。

従来より、自動車等の排気ガス中の酸素やＮＯＸなどの特定ガス成分の濃度を検出するために用いられるセンサが知られている（例えば、特許文献１，２）。このセンサは、軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側に検出部と後端側にＰｔ等の貴金属で形成された電極端子部とを有する検出素子と、電極端子部と電気的に接続され、電流経路を形成する金属端子部材と、金属端子部材が挿通されるセパレータとを備える（例えば、特許文献１，２）。

従来の金属端子部材は、軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、フレーム本体部の先端部から軸線方向の後端側に折り返すバネ部とを有する。バネ部には電極端子部と接触する素子当接部が形成されている。センサの製造過程において、金属端子部材が挿通されたセパレータ内に検出素子を軸線方向に沿って挿入することで、バネ部が検出素子によって押されることで弾性変形する。そして最終的には素子当接部と電極端子部とが接触する。ここで、センサに組み付けられた状態におけるバネ部は、自由状態のときに比べ、フレーム本体部の先端部を支点としてフレーム本体部側に弾性変形している。この弾性変形の作用によって、端子当接部が電極端子部を押圧することで両者が非接触状態になることを抑制して電気的な接続を維持している。

特開２０１３−１８１７６９号公報 特開２００４−９３３０２号公報

しかしながら、従来の特許文献１及び特許文献２の金属端子部材のように、バネ部とフレーム本体部の断面形状が所謂Ｖ字形状の場合、バネ部の折り返しの程度（フレーム本体部とバネ部との成す角度である折り返し角度）が低く、自由状態におけるバネ部が延びる方向（バネ部の長手方向）と軸線方向との成す角度Ａ（Ａは、９０°以下）が大きくなる場合がある。角度Ａが大きくなると、センサの製造過程において、検出素子によってバネ部が押されてフレーム本体部側に弾性変形した場合に、素子当接部の軸線方向に沿った移動量が大きくなる。よって、電極端子部と素子当接部との接触を確実に図るために、移動量を考慮して電極端子部を軸線方向に沿って大きく形成する必要が生じ得る。電極端子部が大きくなるとセンサ全体の製造コストが高くなる場合がある。

また、角度Ａを小さくするために、フレーム本体部の先端部を軸線方向先端側にさらに延ばしてバネ部の折り返しの程度を高くする技術も考えられる。しかしながら、この場合、金属端子部材が内燃機関の排気ガスなどの熱源により近い位置に配置されるために、熱によって金属端子部材の特性（例えばバネ弾性）が変化する等の不具合が生じ得る。またこの場合、センサ内の予め定められた電極端子部と素子当接部との接触領域に素子当接部を位置させるために、バネ部の長さをより長くする必要が生じる。バネ部の長さがより長くなると、端子接触部の電極端子部への押圧力が小さくなる恐れが生じる。押圧力が小さくなると、端子接触部と電極端子部とが電気的な接続が良好に維持できない場合がある。また、フレーム本体部の先端部を軸線方向先端側にさらに延ばした場合、金属端子部材よりも先端側に配置されるセンサの他の部材（例えば、主体金具）と金属端子部材との接触を避けるために、センサの軸線方向の長さを大きく設計する必要がある。このため、センサが大型化する場合がある。

また、特許文献２の金属端子部材のように、バネ部とフレーム本体部の断面形状が所謂Ｕ字形状の場合、フレーム本体部とバネ部に変曲点を有さない為、センサの製造工程における素子挿入時に、軸線方向に沿った素子の移動に伴い素子当接部の移動量が大きくなり、素子との当接位置が所定の位置よりもずれる場合がある。

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。
［形態１］
軸線方向に延びる板状形状をなし、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電極端子部が形成される検出素子と、
前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記挿通部の内壁面に形成された前記軸線方向に延びる複数の溝部と、を有するセパレータと、
前記複数の溝部のうちの少なくとも１つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電極端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材と、を備えるセンサであって、
前記金属端子部材は、
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に接続され、前記フレーム本体部から前記検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部と、
前記内側延出部のうち前記検出素子が位置する側の端部である内側端部に接続され、前記内側延出部から前記軸線方向の後端側に向かうと共に前記軸線方向と交差する方向に延びるバネ部と、
前記バネ部に形成され、前記電極端子部に当接する素子当接部と、を備え、
前記バネ部は、前記内側延出部よりも剛性が低い、ことを特徴とするセンサ。
この形態のセンサによれば、金属端子部材は、フレーム本体部とバネ部との間にフレーム本体部から検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部を有することから、金属端子部材が軸線方向に大型化することを抑制しつつ、自由状態におけるバネ部が延びる方向と軸線方向との成す角度を小さくできる。これにより、素子当接部に電極端子部を接触させる際の素子当接部の軸線方向に沿った移動量を小さくできる。よって、電極端子部の軸線方向に沿った寸法を抑制しつつ、電極端子部と素子当接部とを接触させることができる。またこの形態のセンサによれば、バネ部と内側延出部との剛性が同じ場合に比べ、検出素子から力が加えられることでバネ部が弾性変形した場合でも、内側延出部の変形量を抑制できる。これにより、素子当接部に電極端子部を接触させる際の素子当接部の軸線方向に沿った移動量をより小さくできる。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延びる板状形状をなし、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電極端子部が形成される検出素子と、前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記挿通部の内壁面に形成された前記軸線方向に延びる複数の溝部と、を有するセパレータと、前記複数の溝部のうちの少なくとも１つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電極端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材と、を備えるセンサが提供される。このセンサの金属端子部材は、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に接続され、前記フレーム本体部から前記検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部と、前記内側延出部のうち前記検出素子が位置する側の端部である内側端部に接続され、前記内側延出部から前記軸線方向の後端側に向かうと共に前記軸線方向と交差する方向に延びるバネ部と、前記バネ部に形成され、前記電極端子部に当接する素子当接部と、を備える。
この形態のセンサによれば、金属端子部材は、フレーム本体部とバネ部との間にフレーム本体部から検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部を有することから、金属端子部材が軸線方向に大型化することを抑制しつつ、自由状態におけるバネ部が延びる方向と軸線方向との成す角度を小さくできる。これにより、素子当接部に電極端子部を接触させる際の素子当接部の軸線方向に沿った移動量を小さくできる。よって、電極端子部の軸線方向に沿った寸法を抑制しつつ、電極端子部と素子当接部とを接触させることができる。

（２）上記形態のセンサであって、前記バネ部は、前記内側延出部よりも剛性が低くても良い。
この形態のセンサによれば、バネ部と内側延出部との剛性が同じ場合に比べ、検出素子から力が加えられることでバネ部が弾性変形した場合でも、内側延出部の変形量を抑制できる。これにより、素子当接部に電極端子部を接触させる際の素子当接部の軸線方向に沿った移動量をより小さくできる。

（３）上記形態のセンサであって、前記バネ部と前記内側延出部とはそれぞれ板状形状であり、前記バネ部は、前記内側延出部よりも幅が小さくても良い。
この形態のセンサによれば、内側延出部とバネ部との幅で同じである場合に比べ、検出素子から力が加えられることでバネ部が弾性変形した場合でも、内側延出部の変形量を抑制できる。

（４）上記形態のセンサであって、前記バネ部は、前記内側延出部よりも自身が延びる方向に沿った長さが長くても良い。
この形態のセンサによれば、内側延出部とバネ部との自身が延びる方向に沿った長さが同じ場合に比べ、検出素子から力が加えられることでバネ部が弾性変形した場合でも、内側延出部の変形量を抑制できる。

（５）上記形態のセンサであって、前記内側延出部は、前記フレーム本体部の前記先端部から直線状に延びる部材であっても良い。
この形態によれば、内側延出部を直線状に延びる部材によって容易に形成できる。なお、「直線状に延びる部材」とは、表面が平らでありまっすぐに延びる部材に加え、製造時のばらつきで生じる凹凸を表面に有する部材も含む。

（６）上記形態のセンサであって、前記内側延出部は、前記軸線方向に直交する方向と、前記軸線方向の後端側に向かう方向とのいずれかの方向に延びても良い。
この形態のセンサによれば、金属端子部材の軸線方向の長さを抑制できるためセンサの大型化を抑制できる。

（７）上記形態のセンサであって、自由状態における、前記フレーム本体部と前記内側延出部とが成す角度を角度Ａ１（但し、０°＜Ａ１＜１８０°）とし、前記内側延出部と前記バネ部との成す角度を角度Ｂ１（但し、０°＜Ｂ１＜１８０°）とし、前記金属端子部材を前記センサの構成部材として組み付けた状態における、前記フレーム本体部と前記内側延出部とが成す角度を角度Ａ２（但し、０°＜Ａ２＜１８０°）とし、前記内側延出部と前記バネ部との成す角度を角度Ｂ２（但し、０°＜Ｂ２＜１８０°）とした場合に、（Ｂ１−Ｂ２）＞（Ａ１−Ａ２）の関係を満たしても良い。
この形態のセンサによれば、（Ｂ１−Ｂ２）＞（Ａ１−Ａ２）の関係を満たすことで、素子当接部を電極端子部に接触させる際の素子当接部の軸線方向に沿った移動量をより小さくできる。

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、センサの他に、センサに用いられる金属端子部材、金属端子部材の製造方法、センサの製造方法等の態様で実現することができる。

本発明の実施形態としてのセンサの全体構成を示す断面図である。 検出素子の分解斜視図である。 金属端子部材の第１の斜視図である。 金属端子部材の正面図である。 金属端子部材を説明するための図である。 セパレータに金属端子部材を配置したときの斜視図である。 センサの製造方法を説明するための図である。 従来のセンサが備える金属端子部材を説明するための図である。 効果を説明するための図である。 金属端子部材について更に説明するための図である。 第１の他の実施形態の金属端子部材の斜視図である。 金属端子部材の第２〜第５の他の実施形態を説明するための模式図である。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の実施形態としてのセンサ２の全体構成を示す断面図である。このセンサ２は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、被測定ガスである排気ガス中の酸素濃度を測定する。図１は、センサ２の軸線ＣＬに平行な方向である軸線方向ＣＤ（センサ２の長手方向）と平行な断面を示している。以下、図１における下方向（下側）をセンサ２の先端側ＡＳと呼び、図１における上方向（上側）をセンサ２の後端側ＢＳと呼ぶ。

センサ２は、軸線方向ＣＤに延びる板状形状の検出素子４と、検出素子４のうち後端側ＢＳを挿通するセパレータ６６と、検出素子４のうち後端側ＢＳに形成された電極端子部３０と接触する金属端子部材１０と、セパレータ６６よりも先端側ＡＳの位置で検出素子４の周囲を取り囲む主体金具３８と、を備える。電極端子部３０と金属端子部材１０とはそれぞれ４つずつ設けられている。なお、図１では電極端子部３０と金属端子部材とは２つのみ図示されている。

検出素子４は、測定対象ガスである排気ガス中の酸素濃度を検出するための信号を出力する。検出素子４は、主面を構成する第１板面２１と第２板面２３とを有する。第１板面２１と第２板面２３とは対向する。ここで、軸線方向ＣＤと直交し、第１板面２１と第２板面２３とが対向する方向を対向方向ＦＤと呼ぶ。検出素子４は、先端側ＡＳに位置し、被測定ガスに向けられる検出部８と、後端側ＢＳに位置し、対応する金属端子部材１０が接触する４つの電極端子部３０とを有する。４つの電極端子部３０のうち２つは第１板面２１に形成され、残りの２つは第２板面２３に形成されている。検出素子４は、検出部８が主体金具３８の先端より突出すると共に、電極端子部３０が主体金具３８の後端より突出した状態で、主体金具３８の内部に固定される。検出素子４の詳細は後述する。

セパレータ６６は、アルミナ等の絶縁部材によって形成されている。セパレータ６６は略筒状である。セパレータ６６は、検出素子４のうち電極端子部３０が位置する後端側部分の周囲を取り囲む。セパレータ６６は、検出素子４の後端側部分を挿通するための挿通部６５ａと、挿通部６５ａの内壁面に形成された４つの溝部６５ｂ（図では２つのみ図示）とを有する。４つの溝部６５ｂは、軸線方向ＣＤに延びてセパレータ６６の先端側端面６８から後端側端面６２まで貫通する。４つの溝部６５ｂには、対応する金属端子部材１０が挿通される。また、セパレータ６６は、後端側ＢＳに径方向外向きに突出する鍔部６７を有する。

金属端子部材１０は、対応する溝部６５ｂに挿通された状態で、対向方向ＦＤにおいて検出素子４とセパレータ６６との間に位置する。金属端子部材１０は、検出素子４とセパレータ６６とによって挟持される。金属端子部材１０は、検出素子４と酸素濃度を算出するための外部機器との間の電流経路を形成する。金属端子部材１０は、センサ２の外部から内部に配設されるリード線４６に電気的に接続されると共に、検出素子４の電極端子部３０に電気的に接続される。リード線４６は、電極端子部３０の個数に対応して４つ設けられ、外部機器に電気的に接続されている（図では２つのみ図示）。

主体金具３８は、略筒状である。主体金具３８は、軸線方向ＣＤに貫通する貫通孔５４と、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２とを有する。主体金具３８は、検出部８が貫通孔５４よりも先端側ＡＳに位置し、電極端子部３０が貫通孔５４よりも後端側に位置するように、検出素子４を貫通孔５４内で保持する。棚部５２は、軸線方向ＣＤ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３８の外表面には、排気管にセンサ２を固定するためのネジ部３９が形成されている。

貫通孔５４の内部には、検出素子４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５１と、粉末充填層５３，５６（以下、滑石リング５３，５６ともいう）と、セラミックスリーブ６とが、この順に先端側ＡＳから後端側ＢＳにかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具３８の後端部４０との間には、加締パッキン５７が配置されている。主体金具３８の後端部４０は、加締パッキン５７を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。なお、他の実施形態では、セラミックホルダ５１と主体金具３８の棚部５２との間には、滑石リング５３やセラミックホルダ５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダを配置しても良い。

センサ２は、さらに、主体金具３８の後端側ＢＳ外周に固定された外筒４４と、セパレータ６６を保持するための保持部材６９と、外筒４４の後端部に配置されたグロメット５０と、主体金具３８の先端側ＡＳ外周に固定された外部プロテクタ４２及び内部プロテクタ４３とを有する。

外筒４４は金属製の部材である。外筒４４の先端部外周はレーザ溶接等によって主体金具３８に取り付けられている。また外筒４４の後端部は外径が細められており、細められた開口内にはグロメット５０が嵌め込まれている。グロメット５０には、リード線４６を挿通させるための４つのリード線挿通孔６１（図では２つのみ図示）が形成されている。

保持部材６９は金属製の筒状の部材である。保持部材６９は、外筒４４に固定され外筒４４内に位置決めされている。セパレータ６６の鍔部６７が保持部材６９の後端部に当接することで保持部材６９によってセパレータ６６が保持される。

外部プロテクタ４２及び内部プロテクタ４３は有底筒状である。外部プロテクタ４２及び内部プロテクタ４３は、主体金具３８の先端側ＡＳ外周にレーザ溶接等によって取り付けられている。外部プロテクタ４２及び内部プロテクタ４３は複数の孔部を有する金属製の部材である。外部プロテクタ４２及び内部プロテクタ４３は、検出素子４の検出部８を覆うことで保護する。複数の孔部を通過して内部プロテクタ４３内に被測定ガスが流入する。

図２は、検出素子４の分解斜視図である。検出素子４は、絶縁層４２１と、固体電解質層４３０と、絶縁層４２２と、絶縁層４２３とを備える。絶縁層４２１、固体電解質層４３０、絶縁層４２２、絶縁層４２３は、対向方向ＦＤに沿って積層されている。

固体電解質層４３０は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に形成されており、安定化剤としてイットリア又はカルシアを添加している。

絶縁層４２１、４２２、４２３は、アルミナを主成分に用いて形成されている。固体電解質層４３０と絶縁層４２１、４２２、４２３とはそれぞれ、原材料のシートを用いて形成されている（例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート）。

固体電解質層４３０と絶縁層４２１との間には、被測定ガス側電極４４１が配置されており、固体電解質層４３０と絶縁層４２２の間には、基準ガス電極４４２が配置されている。被測定ガス側電極４４１から後端側ＢＳへ向かって検知リード部４１ａが延び、基準ガス電極４４２からも後端側ＢＳへ向かって検知リード４２ａが延びている。なお、被測定ガス側電極４４１、基準ガス電極４４２は、例えばプラチナ、ロジウム、鉛などを用いて形成する。

被測定ガスである排気ガス中の酸素濃度の検出は、検出部８（図１）としての酸素濃淡電地により行う。酸素濃淡電池は、固体電解質層４３０と、被測定ガス側電極４４１と、基準ガス電極４４２とからなる。被測定ガス側電極４４１は、検知リード部４１ａから、絶縁層４２１に形成されたスルーホール２１ａを介して電極端子部３２に電気的に接続される。基準ガス電極４４２は、検知リード４２ａから、固体電解質層４３０に形成されたスルーホール３０ａと、絶縁層４２１に形成されたスルーホール２１ｂとを介して電極端子部３１に電気的に接続される。

絶縁層４２１の先端側には、アルミナなどからなる多孔質保護層４６０を備える。多孔質保護層４６０は、被測定ガス側電極４４１に侵入する気体（被測定ガス）を拡散するために設けられた多孔質層である。

絶縁層４２２と絶縁層４２３の間には、軸線方向ＣＤに沿って延びるヒータ４５０が埋設されている。ヒータ４５０は、検出素子４を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めてセンサ２の動作を安定させるために用いられる。ヒータ４５０は、タングステンなどの伝導体によって形成された発熱抵抗体であり、供給された電力によって熱を生じる。なお、ヒータ４５０は、絶縁層４２２と絶縁層４２３によって挟持されている。

ヒータ４５０は、発熱部５０ａと電極端子５０ｂ、５０ｃを備える。発熱部５０ａは、先端側ＡＳに位置する。発熱部５０ａは、発熱線が蛇行状に配置されており、通電により発熱する。ヒータ４５０は、電極端子５０ｂ、５０ｃから、絶縁層４２３に形成されたスルーホール２３ａ、２３ｂを介して、それぞれ、電極端子部３４、３６に電気的に接続される。ここで、本実施形態において４つの電極端子部３１，３２，３４，３６を区別することなく用いる場合は符号「３０」を用いている。

４個の電極端子部３１，３２，３４，３６は、検出素子４の後端側部分に形成されている。詳細には、２個の電極端子部３１，３２は、軸線方向ＣＤと対向方向ＦＤとに直交する方向に並んで第１板面２１に形成されている。また、２個の電極端子部３４，３６は、軸線方向ＣＤと対向方向ＦＤとに直交する方向に並んで第２板面２３に形成されている。電極端子部３０は、白金を主成分とした材料で形成されている。例えば、白金を主成分とするペーストをスクリーン印刷することで電極端子部３０は形成される。なお、電極端子部３０は、他の金属（例えば、ロジウム、鉛など）を用いて形成しても良い。電極端子部３０は、表面が略矩形状である。

図３は、金属端子部材１０の第１の斜視図である。図４は、金属端子部材１０の正面図である。図５は、金属端子部材１０を説明するための図である。図５（Ａ）は、金属端子部材１０の上面図である。図５（Ｂ）は、金属端子部材１０の左側面図である。図５（Ｃ）は、金属端子部材１０の底面図である。図３〜図５には、センサ２の構成部材として組み付けられる前の自由状態のときの金属端子部材１０を図示している。また、センサ２が備える４つの金属端子部材１０は、第１種と第２種の金属端子部材１０Ａ，１０Ｂという２種類のタイプがある。本実施形態のセンサ２は、第１種と第２種の金属端子部材１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ２つずつ備えている。第１種の金属端子部材１０Ａと第２種の金属端子部材１０Ｂでは、後述する係止部１３の位置のみが異なる。よって、以下では、第１種の金属端子部材１０Ａについて説明すると共に、第２種の金属端子部材１０Ｂの特有の構成について併せて説明する。なお、第１種と第２種の金属端子部材１０Ａ，１０Ｂとを区別することなく用いる場合は、「金属端子部材１０」と呼ぶ。

金属端子部材１０（図３）は、リード線接続部１２と、フレーム本体部１５と、内側延出部１６と、バネ部１８と、素子当接部１８１とを備える。金属端子部材１０は、インコネルやステンレス鋼などの金属によって形成されている。金属端子部材１０は、平板状の金属部材をプレス加工などの加工を施すことで形成される。すなわち、金属端子部材１０の以下に説明する各部は、単一の共通する部材によって形成されている。なお、他の実施形態では、金属端子部材１０は異なる部材の組み合わせによって形成されていても良い。

図４に示すように、フレーム本体部１５は、軸線方向ＣＤに延びる長尺形状である。フレーム本体部１５の後端にはリード線接続部１２が一体に設けられている。リード線接続部１２は、リード線４６の芯線が内部に挿通された状態で内向きに加締められることで、リード線４６と接続される。フレーム本体部１５のうち幅方向Ｗ（図４の紙面左右方向）の両側には、検出素子４に近づく方向に突出する一対の張り出し部１４が設けられている。張り出し部１４は、フレーム本体部１５の板面に対して垂直に交わる板部材であり、その先端部はハの字形状の係止片を有する。セパレータ６６に形成された溝部６５ｂの壁面に張り出し部１４の係止片が当接することで、溝部６５ｂ内における金属端子部材１０の幅方向Ｗの動きが規制される。ここで、幅方向Ｗは、軸線方向ＣＤと対向方向ＦＤ（図５（Ｂ））とに直交する方向である。

図３に示すように、フレーム本体部１５のうち張り出し部１４よりも先端側ＡＳには係止部１３が設けられている。係止部１３は、フレーム本体部１５のうち幅方向Ｗにおける両側の側端部のうちの一方の側端部に設けられている。第１種の金属端子部材１０Ａの係止部１３は、正面視（図４）においてフレーム本体部１５の右側側端部に設けられている。一方で、第２種の金属端子部材１０Ｂは、正面視においてフレーム本体部１５の左側側端部に設けられている。係止部１３は、フレーム本体部１５から幅方向Ｗにおける外方に突出する板状部材である。係止部１３は、セパレータ６６に係止されてることで、フレーム本体部１５が検出素子４側に変形することを抑制する。

内側延出部１６（図５（Ｂ））は板状形状である。内側延出部１６は、フレーム本体部１５の先端部１５１に接続され、フレーム本体部１５から検出素子４が位置する側（検出素子４に近づく側）に向かって直線状に延びる。本実施形態では、内側延出部１６は、軸線方向ＣＤと直交する方向である対向方向ＦＤに延びる。なお、本実施形態では、内側延出部１６は屈曲することなく先端部１５１から直線状に延びる部材であることから「直線部１６」とも呼ぶことができる。また、先端部１５１は、フレーム本体部１５と内側延出部１６との接続部分であって、屈曲する部分を構成する。

バネ部１８は、直線部１６のうち検出素子４が位置する側の端部である内側端部１６１に接続され、直線部１６から軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに向かって延びる。また、バネ部１８は軸線方向ＣＤと交差する方向に延びる。本実施形態では、バネ部１８は、内側端部１６１から後端側ＢＳかつ検出素子４に近づく側に向かって延びる。内側端部１６１は、直線部１６とバネ部１８との接続部分であって、屈曲する部分を構成する。

素子当接部１８１は、バネ部１８のうち直線部１６に接続された直線部側端部１８３（内側端部１６１）とは反対側の端部を構成する。素子当接部１８１は、電極端子部３０に当接する部分である。また、金属端子部材１０は、素子当接部１８１からフレーム本体部１５側に延びる屈曲部１９を有する。

バネ部１８は、自由状態に比べ検出素子４に当接した状態である組付状態では、直線部側端部１８３を支点としてフレーム本体部１５に近づく側に弾性変形している。これにより、素子当接部１８１が検出素子４の電極端子部３０を押圧した状態で両者１８１，３０が接触する。よって、振動等の外力がセンサ２に加わった場合でも、素子当接部１８１と電極端子部３０とが非接触状態になる可能性を低減できる。

図５（Ｂ）に示すように、直線部１６の自身が延びる方向に沿った長さＬ１６と、バネ部１８の自身が延びる方向に沿った長さＬ１８では、直線部１６の自身が延びる方向に沿った長さＬ１６よりもバネ部１８の自身が延びる方向に沿った長さ１８の方が長い。また、直線部１６の厚みとバネ部１８の厚みとは略同一である。また、図５（Ａ）に示すように直線部１６の幅Ｗ１６とバネ部１８の幅Ｗ１８とは略同一である。

図６は、セパレータ６６に金属端子部材１０を配置したときの斜視図である。セパレータ６６の挿通部６５ａの内壁面に形成された４つの溝部６５ｂには、それぞれ金属端子部材１０が挿通されている。詳細には、４つの溝部６５ｂには、フレーム本体部１５（図４）が挿通されている。直線部１６は、セパレータ６６の先端側端面６８から先端側ＡＳに突出して配置されている。バネ部１８は直線部１６から後端側ＢＳへと折り返すことで、素子当接部１８１が挿通部６５ａ内に配置されている。

４つの金属端子部材１０のうち、係止部１３にシングルハッチングを付した２つの金属端子部材１０が、酸素濃淡電池として機能する検出部８と電気的に接続された２つの電極端子部３１，３２（図２）と接触する。４つの金属端子部材１０のうち残りの２つは、発熱部５０ａと電極端子５０ｂ、５０ｃに電気的に接続された２つの電極端子部３４，３６（図２）と接触する。また、２つの金属端子部材１０のバネ部１８は、検出素子４を挟んで対向するように配置されている。また、検出素子４が組み付けられる前の状態（組付前状態）では、対向する素子当接部１８１は接触している。なお、バネ部１８の弾性力によって検出素子４を押圧するために、組付前状態において対向する素子当接部１８１の間隔は、検出素子４の厚みよりも小さい。

図７は、センサ２の製造方法を説明するための図である。センサ２は、まず、セパレータ６６，保持部材６９，金属端子部材１０，リード線４６（図１）を組み付けた第１の組立部品と、主体金具３８，加締パッキン５７，セラミックスリーブ６，粉末充填層５３，セラミックホルダ５１を組み付けた第２の組立部品とを準備する。そして、第２の組立部品が備える検出素子４の後端側部分を第１の組立部品が備えるセパレータ６６の挿通部６５ａ（図６）に対して、電極端子部３０が素子当接部１８１に接触するように軸線方向ＣＤに沿って後端側ＢＳへ向かって挿入する。検出素子４を挿通部６５ａに挿入して、電極端子部３０と素子当接部１８１との接触が完了した後に、他の部材を組み付ける。例えば、外筒４４，外部プロテクタ４２，内部プロテクタ４３を主体金具３８にレーザ溶接によって取り付ける。また、例えば、グロメット５０が配置された外筒４４の後端側開口部を加締め加工することで、グロメット５０を外筒４４内に固定する。

ここで、金属端子部材１０よりも先端側ＡＳの位置から後端側ＢＳへ移動させて電極端子部３０と素子当接部１８１とを接触させるまでの検出素子４の組付過程において、検出素子４はバネ部１８に当接することでバネ部１８に外力Ｆを加える。この外力Ｆは、軸線方向ＣＤと直交する方向であって、バネ部１８がフレーム本体部１５に向かう方向の成分を含む。この外力Ｆによって、バネ部１８は直線部側端部１８３を支点としてフレーム本体部１５側に近づくように弾性変形する。よって、バネ部１８の弾性変形によって素子当接部１８１の軸線方向ＣＤに沿った位置が移動する。直線部１６を有さない従来のセンサに比べ、本実施形態のセンサ２は組付過程における素子当接部１８１の軸線方向ＣＤに沿った移動量を低減できる。また、本実施形態のセンサ２は、金属端子部材１０が軸線方向ＣＤに大型化することを抑制しつつ、上記移動量を低減できる。以下にこれらの理由を詳述する。

図８は、従来のセンサが備える金属端子部材１０ｔを説明するための図である。図８（Ａ）は、金属端子部材１０ｔの構成を説明するための図であり、図８（Ｂ）は、素子当接部１８１の移動量について説明するための図である。従来のセンサは、本実施形態の金属端子部材１０に代えて、図８（Ａ）に示す金属端子部材１０ｔを備える。金属端子部材１０ｔは、直線部１６を有さない点で本実施形態の金属端子部材１０と異なる。すなわち、フレーム本体部１５の先端部１５１にはバネ部１８が接続されている。また、自由状態におけるバネ部１８が延びる方向と軸線方向ＣＤとの成す角度は、角度Ｅ１である。図８（Ｂ）に示すように、金属端子部材１０ｔを自由状態から検出素子４を組み付けた状態（点線で示す状態）に変化させた場合、検出素子４からバネ部１８に外力が加えられることで先端部１５１を主な支点としてバネ部１８は弾性変形する。素子当接部１８１は検出素子４の厚さ２Ｄ１に応じて移動する。具体的には、素子当接部１８１は厚さ２Ｄ１の半分である距離Ｄ１だけフレーム本体部１５に近づくように移動する。また、距離Ｄ１だけ素子当接部１８１が移動したときの、軸線方向ＣＤに沿った素子当接部１８１の移動量はＬ１となる。

図９は、効果を説明するための図である。図９（Ａ）は、金属端子部材１０の自由状態を示す模式図であり、図９（Ｂ）は、素子当接部１８１の移動量について説明するための図である。ここで、センサ２内における素子当接部１８１と電極端子部３０とが接触する軸線方向ＣＤにおける範囲は、他の部材等の関係上、予め一定範囲の位置に設計されている。図９（Ａ）に示すように、金属端子部材１０はフレーム本体部１５から検出素子４が位置する側に向かって延びる直線部１６を有する。これにより、バネ部１８の折り返しの程度を従来の金属端子部材１０ｔのバネ部１８よりも低くできる。すなわち、自由状態におけるバネ部１８が延びる方向と軸線方向ＣＤとの成す角度Ｅ２は、図８（Ａ）に示す角度Ｅ１よりも小さくできる。

図９（Ｂ）に示すように金属端子部材１０を自由状態から検出素子４を組み付けた状態（点線で示す状態）に変化させた場合に、素子当接部１８１は厚さ２Ｄ１の半分である距離Ｄ１だけフレーム本体部１５に近づくように移動する。角度Ｅ２は角度Ｅ１よりも小さいため、従来と同様に距離Ｄ１だけ素子当接部１８１が移動した場合でも、素子当接部１８１の軸線方向ＣＤに沿った移動量はＬ１よりも小さいＬ２となる。これにより、電極端子部３０の軸線方向ＣＤに沿った寸法を小さくしても、電極端子部３０と素子当接部１８１との接触を良好に図ることができる。ここで、角度Ｅ２は、４５°以下であることが好ましく、３５°以下であることがさらに好ましい。こうすることで、素子当接部１８１の軸線方向ＣＤに沿った移動量をさらに小さくできる。

ここで、フレーム本体部１５を軸線方向ＣＤの延ばし、先端部１５１を図８（Ａ）に示す位置よりも先端側ＡＳに位置させることで、角度Ｅ１を角度Ｅ２に近づけることも考えられる。しかしながらこの場合、金属端子部材１０と他の部材（例えば主体金具３８）との接触を避けるために、センサ２の軸線方向ＣＤの長さを従来よりも大きく設計する必要がある。一方で、本実施形態では、直線部１６によって、金属端子部材１０を従来の金属端子部材１０ｔよりも先端側ＡＳに延ばすことなく角度Ｅ２を角度Ｅ１よりも小さくできる。よって、センサ２が軸線方向ＣＤに大型化することを抑制できる。

また、上記実施形態によれば、図５（Ｂ）に示すようにバネ部１８の長さＬ１８は直線部１６の長さＬ１６よりも長い。これにより、組付過程で検出素子４からバネ部１８に外力が加えられた場合でも直線部１６に加わる力を低減できる。よって、バネ部１８が弾性変形した場合でも直線部１６の軸線方向ＣＤにおける変形量を抑制できるため、組付過程における素子当接部１８１の軸線方向ＣＤの移動量をより小さくできる。

図１０は、金属端子部材１０について更に説明するための図である。図１０（Ａ）は、自由状態における金属端子部材１０を示す模式図であり、図１０（Ｂ）は金属端子部材１０をセンサ２の構成部材として組み付けた後の金属端子部材１０を示す模式図である。図１０（Ａ）に示すように、自由状態におけるフレーム本体部１５と直線部１６とが成す角度を角度Ａ１（但し、０°＜Ａ１＜１８０°）とし、直線部１６とバネ部１８との成す角度を角度Ｂ１（但し、０°＜Ｂ１＜１８０°）とする。図１０（Ｂ）に示すように、金属端子部材１０をセンサ２の構成部材として組み付けた状態における、フレーム本体部１５と直線部１６とが成す角度を角度Ａ２（但し、０°＜Ａ２＜１８０°）とし、直線部１６とバネ部１８との成す角度を角度Ｂ２（但し、０°＜Ｂ２＜１８０°）とする。この場合、本実施形態のセンサ２は、（Ｂ１−Ｂ２）＞（Ａ１−Ａ２）の関係を満たす。このようなセンサ２は、例えば、先端部１５１を内側端部１６１よりも強度を高くすることで実現できる。具体的には、先端部１５１を内側端部１６１よりも厚みを大きくしたり、直線状の板部材に曲げ加工を施して角度Ａ１を角度Ｂ１よりも大きくすることで先端部１５１の残留応力を大きくすることで先端部１５１の強度を高くできる。このように、直線部１６とバネ部１８との成す角度の変化量（Ａ１−Ａ２）が小さいため、直線部１６の軸線方向ＣＤにおける変位量をさらに小さくできる。これにより、検出素子４の組付過程において素子当接部１８１の軸線方向ＣＤにおける移動量をさらに小さくできる。

Ｂ．金属端子部材の他の実施形態：
本発明の金属端子部材はフレーム本体部１５から検出素子４に近づく方向に延びる直線部１６を有していれば上記実施形態の金属端子部材１０とは異なる構成であっても良い。以下に、金属端子部材の他の例について説明する。

図１１は、第１の他の実施形態の金属端子部材１０ａの斜視図である。上記第１実施形態の金属端子部材１０（図３）と異なる点は、バネ部１８ａ及び屈曲部１９の幅である。その他の構成については第１実施形態と同様の構成であるため、上記第１実施形態と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。金属端子部材１０ａにおいて、バネ部１８ａ及び屈曲部１９の幅は、直線部１６の幅よりも小さい。このようにしても、上記実施形態と同様に、金属端子部材１０ａが直線部１６を有することで、素子当接部１８１に電極端子部３０を接触させる際の素子当接部１８１の軸線方向ＣＤにおける移動量を小さくできる。よって、電極端子部３０の軸線方向ＣＤに沿った寸法を小さくできる。また、金属端子部材１０ａは、バネ部１８ａの幅が直線部１６の幅よりも小さいことから、直線部１６とバネ部１８との幅で同じである場合に比べ、検出素子４から力が加えられることでバネ部１８ａが弾性変形した場合でも、直線部１６の変形量を抑制できる。

図１２は金属端子部材の第２〜第５の他の実施形態を説明するための模式図である。図１２（Ａ）は、第２の他の実施形態の金属端子部材１０ｂを説明するための模式図である。図１２（Ｂ）は、第３の他の実施形態の金属端子部材１０ｃを説明するための模式図である。図１２（Ｃ）は、第４の他の実施形態の金属端子部材１０ｄを説明するための模式図である。図１２（Ｄ）は第５の他の実施形態の金属端子部材１０ｅを説明するための模式図である。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、金属端子部材１０ｂ〜１０ｅをセンサ２に組み付けて検出素子４と接触した状態の金属端子部材１０ｂ〜１０ｅを模式的に示した図である。

直線部１６は先端部１５１から検出素子４側に近づく側に向かって延びる形状であれば、水平方向（対向方向ＦＤに平行な方向）に延びていなくても良い。例えば、図１２（Ａ）に示す金属端子部材１０ｂの直線部１６は、先端部１５１から後端側ＢＳかつ検出素子４に近づく側に向かって延びる。また、例えば図１２（Ｂ）に示す金属端子部材１０ｃの直線部１６は、先端部１５１から先端側ＡＳかつ検出素子４に近づく側に向かって延びる。なお、直線部１６は、軸線方向ＣＤと直交する方向と軸線方向ＣＤの後端側ＢＳに向かう方向とのいずれかに延びることが好ましい。こうすることで、金属端子部材１０，１０ｂの軸線方向ＣＤの長さを抑制できるためセンサ２の大型化を抑制できる。

また、バネ部１８は、内側端部１６１から直線状に延びる形状でなくても良い。例えば、図１２（Ｃ）に示すように、バネ部１８は、直線部側端部１８３と素子当接部１８１との間に蛇腹形状の中間部１８２を有していても良い。また、バネ部１８が平板形状でなく、主面が曲面を形成する形状であっても良い。

また、上記実施形態では直線部１６は平板形状であり、先端部１５１から検出素子４に近づく側に向かって直線状に延びる形状であったが、先端部１５１から検出素子４が位置する側に向かって延びる形状であれば直線部１６は他の形状であっても良い。直線部１６が直線状に延びていない場合は、符号１６を付した部材は、内側延出部１６と呼ぶ。例えば、図１２（Ｄ）に示すように、内側延出部１６は、主面が曲面を形成する形状であっても良い。

上記第２〜第５の他の実施形態は上記実施形態と同様に直線部（内側延出部）１６を有することで、自由状態においてバネ部１８が延びる方向と軸線方向ＣＤとの成す角度Ｅ２を小さくできる。これにより、素子当接部１８１に電極端子部３０を接触させる際の素子当接部１８１の軸線方向ＣＤにおける移動量を小さくできる。

また、上記実施形態および第２〜第５の他の実施形態において、バネ部１８は内側延出部（直線部）１６よりも剛性が低いことが好ましい。例えば、バネ部１８の厚みを内側延出部（直線部）１６の厚みよりも小さくすることで、バネ部１８の剛性を低くできる。剛性の大小は、以下の評価方法を用いる。バネ部１８の一端部である直線部側端部１８３を固定し、他端部である素子当接部１８１に対して一定の力Ｆｃを加える。この力Ｆｃは、バネ部１８を内側に弾性変形させる方向に素子当接部１８１の主面に対して垂直な方向から加えられる。力Ｆｃを加えたときの素子当接部１８１の変位量をＣ１８とする。また、直線部１６の一端部である先端部１５１を固定し、他端部である内側端部１６１に対して一定の力Ｆｃを加える。この力Ｆｃは、バネ部１８を内側に弾性変形させる方向に内側端部１６１の主面に対して垂直な方向に加えられる。力Ｆｃを加えたときの内側端部１６１の変位量をＣ１６とする。変位量Ｃ１８が変位量Ｃ１６よりも大きい場合、バネ部１８は内側延出部（直線部）１６よりも剛性が低いと評価できる。

上記のごとく、バネ部１８は内側延出部（直線部）１６よりも剛性が低い場合、バネ部１８と内側延出部（直線部）１６との剛性が同じ場合に比べ、検出素子４から力が加えられることでバネ部１８が弾性変形した場合でも、内側延出部（直線部）１６の変形量を抑制できる。これにより、素子当接部１８１に電極端子部３０を接触させる際の素子当接部１８１の軸線方向ＣＤにおける移動量をより小さくできる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や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。

上記実施形態では、バネ部１８の端部が素子当接触部１８１を構成していたが、素子当接部１８１はバネ部１８に形成されていればその位置は変更可能である。例えば、素子当接部１８１は、バネ部１８の一方の端部である内側端部１６１と他方の端部との間に形成されていても良い。また、素子当接部１８１は、バネ部１８に突起部を取り付けることで形成されても良い。

上記実施形態では、被測定ガス中の特定成分の濃度を検出するためのガスセンサについて説明したがこれに限定されるものではなく、検出素子の電極端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材を有する各種センサに本実施形態は適用可能でなる。例えば、各種センサとしては、圧力センサや温度センサなどが挙げられる。圧力センサの場合、検出素子は圧力を検出するための信号を出力し、温度センサの場合、検出素子は圧力を検出するための信号を出力する。

本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、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。

２…センサ
４…検出素子
６…セラミックスリーブ
８…検出部
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０ａ〜１０ｅ，１０ｔ…金属端子部材
１２…リード線接続部
１３…係止部
１４…張り出し部
１５…フレーム本体部
１６…内側延出部（直線部）
１８、１８ａ…バネ部
１９…屈曲部
２１…第１板面
２１ａ…スルーホール
２１ｂ…スルーホール
２３…第２板面
２３ａ…スルーホール
３０，３１，３２，３４，３６…電極端子部
３０ａ…スルーホール
３８…主体金具
３９…ネジ部
４０…後端部
４１ａ…検知リード部
４２…外部プロテクタ
４２ａ…検知リード
４３…内部プロテクタ
４４…外筒
４６…リード線
５０…グロメット
５０ａ…発熱部
５０ｂ…電極端子
５１…セラミックホルダ
５２…棚部
５３…滑石リング
５４…貫通孔
５７…加締パッキン
６１…リード線挿通孔
６５ａ…挿通部
６５ｂ…溝部
６６…セパレータ
６７…鍔部
６８…先端側端面
６９…保持部材
１５１…先端部
１６１…内側端部
１８１…素子当接部
１８２…中間部
１８３…直線部側端部
４２０…多孔質層
４２１，４２２，４２３…絶縁層
４３０…固体電解質層
４４１…被測定ガス側電極
４４２…基準ガス電極
４５０…ヒータ
４６０…多孔質保護層
Ｗ…幅方向
Ｆ…外力
Ｄ１…距離
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｅ１，Ｅ２…角度
ＣＤ…軸線方向
ＦＤ…対向方向
ＣＬ…軸線
ＡＳ…先端側
ＢＳ…後端側
Ｆｃ…力
Ｗ１６，Ｗ１８…幅
Ｌ１６，Ｌ１８…変位量

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる板状形状をなし、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電極端子部が形成される検出素子と、
   前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記挿通部の内壁面に形成された前記軸線方向に延びる複数の溝部と、を有するセパレータと、
   前記複数の溝部のうちの少なくとも１つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電極端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材と、を備えるセンサであって、
   前記金属端子部材は、
   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に接続され、前記フレーム本体部から前記検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部と、
   前記内側延出部のうち前記検出素子が位置する側の端部である内側端部に接続され、前記内側延出部から前記軸線方向の後端側に向かうと共に前記軸線方向と交差する方向に延びるバネ部と、
   前記バネ部に形成され、前記電極端子部に当接する素子当接部と、を備え、
   前記バネ部は、前記内側延出部よりも剛性が低い、ことを特徴とするセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサであって、
   前記バネ部と前記内側延出部とはそれぞれ板状形状であり、
   前記バネ部は、前記内側延出部よりも幅が小さい、ことを特徴とするセンサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサであって、
   前記バネ部は、前記内側延出部よりも自身が延びる方向に沿った長さが長い、ことを特徴とするセンサ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のセンサであって、
   前記内側延出部は、前記フレーム本体部の前記先端部から直線状に延びる部材である、ことを特徴とするセンサ。
5. 請求項４に記載のセンサであって、
   前記内側延出部は、前記軸線方向に直交する方向と、前記軸線方向の後端側に向かう方向とのいずれかの方向に延びる、ことを特徴とするセンサ。
6. 請求項４又は請求項５に記載のセンサであって、
   自由状態における、前記フレーム本体部と前記内側延出部とが成す角度を角度Ａ１（但し、０°＜Ａ１＜１８０°）とし、前記内側延出部と前記バネ部との成す角度を角度Ｂ１（但し、０°＜Ｂ１＜１８０°）とし、
   前記金属端子部材を前記センサの構成部材として組み付けた状態における、前記フレーム本体部と前記内側延出部とが成す角度を角度Ａ２（但し、０°＜Ａ２＜１８０°）とし、前記内側延出部と前記バネ部との成す角度を角度Ｂ２（但し、０°＜Ｂ２＜１８０°）とした場合に、
   （Ｂ１−Ｂ２）＞（Ａ１−Ａ２）の関係を満たす、ことを特徴とするセンサ。

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