JP6876546B2 - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
この種のガスセンサとして、板状のセンサ素子の後端側外表面に複数の電極パッドを設け、この電極パッドのそれぞれに端子金具を電気的に接触させてセンサ素子からのセンサ出力信号を外部に取り出したり、センサ素子に積層されたヒータに給電するものが広く用いられている(特許文献1)。
ここで、図19に示すように、端子金具200は、例えば金属板を切り起こした断面コの字の短冊状の本体部201と、本体部201の先端側がセンサ素子(図示せず)に向かって折り返されてセンサ素子の電極パッドに弾性的に接続する折り返し部202と、リード線の先端を加締める加締め部204と、を備えている。
そして、端子金具200をセパレータ1300の挿通孔1300hに挿通すると、挿通孔1300hの先端側の段部1300pに第2位置決め部208の先端が当接し、端子金具200が挿通孔1300h内に保持される。
そして、折り返し部202が接点Pにてセンサ素子10の電極パッド11aに接した際、電極パッド11aから径方向外側(図20の右側、センサ素子10の反対側)へ反力Fを受ける。
このとき、反力Fを受ける側の挿通孔1300hの壁面1300h1には、接点Pより先端側で第2位置決め部208の背面208aが当接するだけであるので、背面208aを支点にして端子金具200の後端側がセンサ素子10の反対側(図20の右側)へ倒れ込むように矢印Hの向きにモーメントが働く。その結果、端子金具200が軸線からブレ、電極パッド11aと端子金具200との電気的接続が不安定になるおそれがある。又、ガスセンサを搭載した車両の走行振動等によっても矢印Hの向きにモーメントが働いて端子金具200が軸線からブレ、電気的接続が不安定になるおそれがある。
このとき、このガスセンサによれば、軸線方向に接点を挟んで配置された先端側規制部と後端側規制部が、それぞれの挿通孔を形成する壁面に当接して端子金具が支持される。つまり、挿通孔の内部で軸線方向と交差する方向への端子金具20のさらなる移動(ブレ)は、軸線方向に接点を挟んだ同じ先端側規制部と後端側規制部で規制される。これにより、接点周りに端子金具が軸線からさらにブレることが抑制され、接点の先端側か後端側の1箇所のみで端子金具の移動を規制する場合に比べ、端子金具の接点周りに働くモーメントが少なくなる。
その結果、端子金具が軸線からブレて電極パッドと端子金具との電気的接続が不安定になることを抑制できる。同様に、ガスセンサを搭載した車両の走行振動等に対しても、端子金具の接点周りにモーメントが働くことが低減するので、端子金具が軸線からブレることを抑制できる。
なお、「平板」とは、平面度が必要なものでは当然なく、多少の凹凸も許容するものである。
このガスセンサによれば、対向面が接点の先後でそれぞれ端子金具の移動を規制する軸線O方向のスパン(間隔L2)が長さL1に対して長くなり、端子金具の接点周りにモーメントが働くことをより一層抑制できる。
このガスセンサによればセパレータの壁面方向にバリが突出して壁面に干渉することを抑制し、対向面を壁面にぴったりと当接させることができ、軸線方向と交差する方向への端子金具の移動を確実に規制することができる。又、バリを取り除かなくても良いので、生産性が向上する。なお、バリは、JIS-B0051(2004年)に規定された「かどのエッジにおける、幾何学的な形状の外側の残留物で、機械加工又は成形工程における部品上の残留物」である。
図1は本発明の実施形態に係るガスセンサ(NOxセンサ)1の軸線O方向に沿う全体断面図、図2、図3は端子金具20、30の斜視図、図4は先端側セパレータ90の斜視図、図5は端子金具20を先端側セパレータ90の挿通孔90hに挿通する工程図、図6は端子金具20を先端側セパレータ90の挿通孔90hに挿通して保持した状態を示す径方向の断面図、図7は端子金具20を先端側セパレータ90の挿通孔90hに挿通して保持した状態を示す軸線O方向の断面図である。なお、図6は、図5のA−A線に沿い、軸線O方向に直交する断面を示す。図7は、図5のB−B線に沿い、軸線O方向に沿う断面を示す。
このガスセンサ1は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出するNOxセンサである。
又、後述するように、先端側セパレータ90の後端側に、セラミック製筒状の後端側セパレータ95が接して配置されている。
先端側セパレータ90が特許請求の範囲の「セパレータ」に相当する。
また、電極パッド11a〜12cは、センサ素子10の後端側の両面にそれぞれ幅方向に3つ並んでいる。各電極パッド11a〜12cは、例えばPtを主体とする焼結体として形成することができる。
一方、センサ素子10の先端のガス検出部11は、アルミナ等の多孔質保護層14で覆われている。
そして、センサ素子10の一方の主面(表面)10Aの後端側には、幅W方向に2つの電極パッド11a、11bが並び、酸素濃度セルからのセンサ出力信号がリード部(図示せず)を介してこれら電極パッド11a、11bから出力される。又、幅方向に電極パッド11a、11bの間で、かつ軸線O方向に電極パッド11a、11bより先端側に、1つの電極パッド11cが形成されている。
又、主面10Aに対向するように設けられた他方の主面(裏面)10Bの後端側には、幅方向に2つの電極パッド12a、12bが並び、リード部(図示せず)を介してヒータ部に電力を供給するようになっている。又、幅方向に電極パッド12a、12bの間で、かつ軸線O方向に電極パッド12a、12bより先端側に、1つの電極パッド12cが形成されている。
ここで、電極パッド11cはリード部を介して基準セルに基準電圧を印加し、電極パット12cはリード部を介してNOxセルからのセンサ出力信号が出力される。
また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157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。
リード線146は端子金具20、30の後端側から先端側セパレータ90の後端側へ引き出され、さらに後端側セパレータ95の挿通孔(図示せず)及びグロメット170を介してガスセンサ1の外部に引き出されている。
又、グロメット170と先端側セパレータ90の間に後端側セパレータ95が配置され、グロメット170の弾性力により後端側セパレータ95が先端側セパレータ90を先端側へ押圧する。これにより、鍔部90pが保持部材169側へ押し付けられ、先端側セパレータ90及び後端側セパレータ95が外筒144の内部に保持されている。
なお、図6に示すように、4本の先端側端子金具30はいずれも先端側セパレータ90内で隣接する先端側端子金具30同士が線対称の形状であるため、このうち、1本の先端側端子金具30(図6の左上の位置I)を用いて説明する。
ここで、図6の位置IIの左下の先端側端子金具30は、センサ素子10の面方向に沿った線を軸として位置Iの先端側端子金具30に対して線対称である。図6の右下の位置IIIの先端側端子金具30は、センサ素子10の面方向に垂直な線を軸として位置IIの先端側端子金具30に対して線対称である。図6の右上の位置IVの先端側端子金具30は、センサ素子10の面方向に垂直な線を軸として位置Iの先端側端子金具30に対して線対称である。
ここで、図6の下側の先端側端子金具20は、センサ素子10の面方向に沿った線を軸として上側の先端側端子金具20に対して線対称である。なお、先端側端子金具20は、センサ素子10の幅方向に沿って2本の先端側端子金具30の間に位置する。
端子金具20は、例えば1枚の金属板(インコネル(登録商標)等)を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
一方、本体部21の軸線O方向後端側の幅方向両側からそれぞれ外側に向かい、本体部21と面一の1対の矩形片状の後端側規制部25、25が延びている。同様に、本体部21の軸線O方向先端側の幅方向両側からそれぞれ外側に向かい、本体部21と面一の1対の矩形片状の先端側規制部29、29が延びている。
弾性部22は、本体部21の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、電極パッド11c、12c(図1、図9参照)に接点P1にて弾性的に接続する。なお、弾性部22は、本体部21に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
なお、先端側規制部29及び後端側規制部25の背面(弾性部22と反対側の面)29a、25aが、それぞれ特許請求の範囲のセパレータの挿通孔を形成する壁面に対向する「対向面」に相当する。
端子金具30は、例えば1枚の金属板(インコネル(登録商標)等)を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
リード線接続部33は、リード線接続部23と同様な圧着端子部をなし、リード線146が電気的に接続される。
弾性部32は、本体部31の先端からセンサ素子10に向かって後端側へ折り返され、電極パッド11a、12a、11b、12b(図9参照)に接点P2にて弾性的に接続する。なお、弾性部32は、本体部31に対して径方向に弾性的に撓むようになっている。
位置規制部35の先端部35fは本体部31の幅方向内側へ向かって(弾性部32側へ向かって)折り返されている。なお、詳しくは後述するが、位置規制部35のうち、接点P2より先端側が先端側規制部352を構成し、接点P2より後端側が後端側規制部351を構成している。
なお、位置規制部35の端面(弾性部22と同じ側の面)35aが、特許請求の範囲のセパレータの挿通孔を形成する壁面に対向する「対向面」に相当する。
挿通孔90h2は、先端側セパレータ90の四隅に配置され、挿通孔90h1は、センサ素子10の幅方向に沿って2つの挿通孔90h2の間に位置する。
挿通孔90h1の先端側には後端向き面90s1が形成され、挿通孔90h2の先端側には後端向き面90s2が形成されている。
同様に、端子金具30を先端側セパレータ90の挿通孔90h2に挿通すると、挿通孔90h2の略L字状の溝に沿って位置規制部35が先端側に挿入され、挿通孔90h2の後端向き面90s2に位置規制部35の先端35fが当接して軸線O方向に位置決めされる。
なお、図5に示すように、挿通孔90h2は、先端側セパレータ90の四隅に配置され、挿通孔90h1は、センサ素子10の幅方向に沿って2つの挿通孔90h2の間に位置する。
同様に、端子金具30の位置規制部35は、挿通孔90h2のうち、軸線O方向に沿いセンサ素子10側の壁面90w2(図4参照)にクリアランスGを介して対向している。具体的には、位置規制部35のうち、センサ素子10側の端面35a(図2参照)が壁面90w2に対向している。
又、軸線O方向から見て、先端側規制部29及び後端側規制部25の背面29a、25aが重なっている(面一になっている)。同様に、軸線O方向から見て、位置規制部35の端面35aが重なっている(軸線O方向に平行になっている)。
なお、図7においては、理解をし易くするために、対向する端子金具20、30の一方の図示を省略している。
つまり、挿通孔90h1の内部で軸線O方向と交差する方向(先端側セパレータ90の径方向)への端子金具20のさらなる移動(ブレ)は、軸線O方向に接点P1を挟んだ同じ位置(背面29a、25a)で規制される。これにより、接点P1周りに端子金具20が軸線Oからさらにブレることが抑制され、接点P1の先端側か後端側の1箇所のみで端子金具20の移動を規制する場合に比べ、端子金具20の接点P1周りに働くモーメントが少なくなる。
その結果、端子金具20が軸線Oからブレて電極パッド11c、12cと端子金具20との電気的接続が不安定になることを抑制できる。同様に、ガスセンサ1を搭載した車両の走行振動等に対しても、端子金具20の接点P1周りにモーメントが働くことが低減するので、端子金具20が軸線Oからブレることを抑制できる。
つまり、挿通孔90h2の内部で軸線O方向と交差する方向(先端側セパレータ90の径方向)への端子金具30のさらなる移動(ブレ)は、軸線O方向に接点P2を挟んだ同じ位置(端面35a)で規制される。これにより、接点P2周りに端子金具30が軸線Oからさらにブレることが同様に抑制される。
なお、位置規制部35(の端面35a)は軸線O方向に接点P2を跨いで延びており、位置規制部35(の端面35a)のうち、接点P2より先端側を先端側規制部352とし、接点P2より後端側を後端側規制部351とする。
間隔L2が長さL1の1/2を超えることで、背面29a、25aが接点P1の先後でそれぞれ端子金具20の移動を規制する軸線O方向のスパン(間隔L2)が長さL1に対して長くなり、接点P1周りにモーメントが働くことをより一層抑制できる。
端子金具30についても同様である。
これにより、背面29a、25a側にバリ20pが突出して壁面90w1及び90w3(図4、図6参照)に干渉することを抑制し、背面29a、25aを壁面90w1及び90w3にぴったりと当接させることができ、軸線O方向と交差する方向への端子金具20の移動を確実に規制することができる。特に、壁面90w3に対向する背面29a、25a側にバリが突出していると、本体部21が壁面90w3と反対側に浮いて弾性部22のバネストロークが高くなり、センサ素子10に余計な負荷がかかって素子が折れるおそれがあるので、この部位にバリを突出させないことがさらに有効となる。又、バリ20pを取り除かなくても良いので、生産性が向上する。
なお、バリは、JIS-B0051(2004年)に規定された「かどのエッジにおける、幾何学的な形状の外側の残留物で、機械加工又は成形工程における部品上の残留物」である。本実施形態では、バリ29p、25pは、例えば金属板をプレス等で打ち抜いて端子金具20を製造する際、金属板がせん断加工されて生じる。
図10は、第1の観点の実施形態で用いる第1治具300の平面図、図11は図10のA−A線に沿う断面図、図12は第1治具300に収容したセパレータ(第1セパレータ)90に端子金具20、30を挿通した状態を示す図、図13は第1の観点の実施形態に係るガスセンサの製造方法の工程図である。
突出部310は、中央の2つの角柱部314、2つの角柱部314の間を繋ぐと共に、2つの角柱部314の端部から延びて同一面上に位置する板状の3つの平面部312、各平面部312の両端から垂直に延びる自身の両端が角柱部314の他の対向面と面一の2つの側壁部316と、を備える。角柱部314及び側壁部316は平面部312の板面から突出している。3つの平面部312は、それぞれ1対の端子金具20a、20bの接点P1同士の対向面、及び他の2対の端子金具30a〜30dの各接点P2同士の対向面(図12参照)に対応した位置に形成されている。又、突出部310は、第1治具300の上面302よりも上方に突出している。
さらに、収容空間300hの周縁の一部は直線部300sを形成し、後述するセパレータ90の周方向の回転を防止する。
角柱部314及び側壁部316が特許請求の範囲の「端子金具規制部材」に相当し、直線部300sが特許請求の範囲の「第1規制部材」に相当する。
第1治具300及び突出部310は、例えばステンレス鋼等の金属製とすることができる。
まず、第1治具300の後端側(上側)からセパレータ90を軸線方向に沿って収容し、セパレータ90の挿通孔90hのうち、上記対向面に対応した位置に平面部312を挿通する(図13(a)、(b):セパレータ収容工程)。
次に、接点P2同士の間(上記対向面)に平面部312が介在するよう、セパレータ90の後端側から挿通孔90hに端子金具30b、30dを挿通して保持する(図13(b)、(c):端子金具保持工程)。ここで、予め端子金具30b、30dのリード線接続部33にリード線146が圧着されているものとする。
次いで、セパレータ90に対して第1治具300を相対的に先端側(下側)に離脱させる(図13(d):治具離脱工程)。
又、本実施形態では、図13(b)のセパレータ収容工程で、第1治具300にセパレータ90を収容したとき、平面部312がセパレータ90の後端よりも後端側に突出する。これにより、次の端子金具保持工程で挿通孔90hに端子金具30b、30d(又は20a、20b、30a、30c)を挿通する最初から、対向する端子金具(接点P2,P1同士)を平面部312で分離するので、端子金具同士が接触して絡み合うことを確実に抑制できる。
さらに、本実施形態では、平面部312の厚みが、センサ素子10の表裏面の1対の電極パッド11a、12a(又は11b、12b、11c、12c)間の厚みよりも薄い。これにより、平面部312によって対向する端子金具(接点P2,P1同士)の間隔が広がって塑性変形し、その後のセンサ素子10の電極パッド11a〜12cとの接圧が低下して電気的接続の信頼性が低下することを抑制できる。
図14は、第2の観点の実施形態で用いる第2治具400の平面図、図15は図14のB−B線に沿う断面図、図16は第2治具400に端子金具20、30を収容した状態を示す図、図17は第2の観点の実施形態に係るガスセンサの製造方法の工程図、図18は平面部412に対して端子金具20、30が並設方向にブレた状態を示す図である。
又、平面部412は、第2治具400の上面402よりも上方に突出している。
さらに、収容空間400hの周縁の一部は、直線部300sと同様に直線部400sを形成し、セパレータ90の周方向の回転を防止する「第1規制部材」をなしている。又、セパレータ90にも上述の第2直線部(第2規制部材)90tが同様に設けられている。
第2治具400及び平面部412は、例えばステンレス鋼等の金属製とすることができる。
ここで、図16に示すように、平面部412の主面方向Lに沿って端子金具30a、20a、30bが並び、平面部412の反対面には同様に端子金具30c、20b、30dが並んでいる。そして、接点P1,P2における各端子金具の幅をW1、平面部412の主面の幅をW2とする。
このとき、図18に示すように、各端子金具30a、20a、30b(又は30c、20b、30d)の並ぶ方向(並設方向)Lの合計幅(3×W1)<W2とすると、各端子金具30a、20a、30bが並設方向Lにブレても、平面部412を越えて反対側に位置する対向する端子金具30c、20b、30dに接触して絡み合うことを確実に抑制できる。
まず、端子金具30b、30dのそれぞれに接続されるリード線146を、セパレータ90の挿通孔90hに挿通して挿通孔90hの先端側から突出させる(リード線挿通工程)。次に、リード線146の先端に端子金具30b、30dのリード線接続部33をそれぞれ圧着(電気的に接続)する(図17(a):端子金具接続工程)。
次に、セパレータ90内での端子金具30b、30dの保持位置と同一となるようにして、第2治具400の後端側から端子金具30b、30dを収容空間400hに収容し、接点P2同士の間に平面部を挿入(介在)させる(図17(b):端子金具収容工程)。
次に、第2治具400の後端に当接したセパレータ400の挿通孔90hの先端側から、挿通孔90hに端子金具30b、30dを挿通して保持する(図17(d):端子金具保持工程)。
次いで、セパレータ90に対して第2治具400を相対的に先端側(下側)に離脱させる(図17(e):治具離脱工程)。
又、本実施形態でも上述のように第2治具400内でセパレータ90が周方向に回転することを防止し、セパレータ90の回転により端子金具同士が接触して絡み合うことを抑制できる。
例えば、端子金具や先端側セパレータの挿通孔の形状等は上記実施形態に限定されない。
又、ガスセンサとしては、NOxセンサの他、酸素センサ、全領域ガスセンサが挙げられる。
又、セパレータの周方向の回転を防止する第1規制部材として、位置決めのためのピンをセパレータ先端面の一部又はセパレータの端子収容空間に設けてもよく、第1規制部材を複数設けてもよい。
10 センサ素子
11a〜12c 電極パッド
20、30 端子金具
20f、30f 平板部位
21、31 本体部
22、32 弾性部
25、351 後端側規制部
29、352 先端側規制部
25a、29a、35a 対向面
20p バリ
90 セパレータ(先端側セパレータ)
90h、90h1、90h2 挿通孔
90w1、90w2 挿通孔の壁面
90t 第2規制部材
300 第1治具
300h、400h 収容空間
300b、400b 収容空間の底面
300s、400s 第1規制部材
312、412 平面部
314、316 端子金具規制部材
400 第2治具
O 軸線
P1、P2 接点
D1 収容空間の内径
D2 セパレータの先端部の最大外径
L 並設方向
Claims (5)
- 軸線方向に延びる板状をなし、後端側の外表面に電極パッドを有するセンサ素子と、
前記軸線方向に延び、前記電極パッドに電気的に接続される端子金具と、
前記端子金具を保持する挿通孔を有すると共に、前記センサ素子の後端側を囲む筒状のセパレータと、を備えたガスセンサであって、
前記端子金具は、本体部と、前記本体部に一体に接続され、前記センサ素子に向かって折り返されて前記電極パッドに所定の接点で弾性的に接続する弾性部と、を有し、
前記本体部は、前記本体部の前記軸線方向と交差し、かつ前記本体部と前記弾性部を結ぶ方向への移動が生じた際に自身が前記挿通孔の壁面に当接する事で前記移動を規制する先端側規制部と後端側規制部と、を有し、
前記接点は、前記軸線方向に沿って前記先端側規制部と前記後端側規制部との間に位置すると共に、
前記先端側規制部と前記後端側規制部とは前記端子金具の一部をなす平板部位を介して連結されるガスセンサ。 - 前記挿通孔の内部における前記端子金具の前記軸線方向の長さL1に対し、前記先端側規制部の最先端と、前記後端側規制部の最後端との前記軸線方向の間隔L2が、L1/2を超える請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記本体部のバリが、前記セパレータの前記挿通孔を形成する壁面と対向する対向面のうち前記弾性部側の対向面に向かって形成されている請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法であって、前記センサ素子は表面と裏面とに1対又は2対以上の前記電極パッドを有し、前記端子金具を、前記接点同士が対向するように前記セパレータの挿通孔に保持するガスセンサの製造方法であって、
前記軸線方向に沿って前記セパレータを収容する収容空間を有し、前記セパレータ及び前記端子金具を前記収容空間に収容した際に、前記接点同士の対向面に対応した位置に配置された所定厚みの平面部が前記収容空間の底面から前記セパレータの後端側に沿って立設する第1治具を用い、
前記第1治具の後端側から前記セパレータを収容し、前記セパレータの前記挿通孔のうち、前記対向面に対応した位置に前記平面部を挿通するセパレータ収容工程と、
前記接点同士の間に前記平面部が介在するよう、前記セパレータの後端側から前記挿通孔に前記端子金具のそれぞれを挿通して保持する端子金具保持工程と、
前記セパレータに対して前記第1治具を相対的に先端側に離脱させる治具離脱工程と、
を有するガスセンサの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法であって、前記センサ素子は表面と裏面とに1対又は2対以上の前記電極パッドを有し、前記端子金具を、前記接点同士が対向するように前記セパレータの挿通孔に保持するガスセンサの製造方法であって、
前記端子金具のそれぞれに接続されるリード線を、前記セパレータの前記挿通孔に挿通して前記挿通孔の先端側から突出させるリード線挿通工程と、
前記リード線の先端に前記端子金具をそれぞれ電気的に接続する端子金具接続工程と、
前記セパレータ内での前記端子金具の保持位置と同一となるよう、前記端子金具を前記軸線方向に沿って収容する収容空間を有し、前記端子金具を前記収容空間に収容した際に、前記接点同士の対向面に対応した位置に配置された所定厚みの平面部が前記収容空間の底面から前記軸線方向に沿って立設し、前記収容空間の内径が前記セパレータの先端部の最大外径以下の第2治具を用い、
前記接点同士の間に前記平面部が介在するよう、前記第2治具の後端側から前記端子金具を収容する端子金具収容工程と、
前記リード線を後端側に引っ張りながら、前記セパレータの先端を前記第2治具の後端に当接させるセパレータ当接工程と、
前記第2治具の後端に当接した前記セパレータの前記挿通孔の先端側から、該挿通孔に前記端子金具を挿通して保持する端子金具保持工程と、
前記セパレータに対して前記第2治具を相対的に先端側に離脱させる治具離脱工程と、
を有するガスセンサの製造方法。
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