WO2005090960A1

WO2005090960A1 - ガスセンサ

Info

Publication number: WO2005090960A1
Application number: PCT/JP2005/004913
Authority: WO
Inventors: Tatsuya Okumura; Tomohiro Nakamura
Original assignee: Ngk Spark Plug Co., Ltd.
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2005-09-29
Also published as: CN2932386Y; JP4494403B2; EP1729120A4; EP1729120A1; US7415877B2; JPWO2005090960A1; US20060288759A1; EP1729120B1

Abstract

　センサ素子に余分な荷重をかけず、センサ素子の電極端子部に対して接続端子を安定して接触させられるガスセンサを提供する。　板状のセンサ素子１０を内挿するスリーブ３０に、軸孔３１の後端側の開口端面より突出するとともに、センサ素子１０の幅方向両端側のいずれかを収容して当該センサ素子１０の傾きを規制する素子ガイド部３３を一対設ける。この素子ガイド部３３により、センサ素子１０はスリーブ３０に対し同軸状に位置決めされる。そして、素子ガイド部３３に電極金具６０を保持した電極ホルダ４０を係合して、電極金具６０をセンサ素子１０の電極端子部１５,１６に接触させる。素子ガイド部３３を基準に両者の位置関係が決定されるので、センサ素子１０に余分な荷重が掛からず素子折れが生じない。また、センサ素子１０の電極端子部１５,１６への電極金具６０の接触圧はほぼ一定になり、電気的に安定した接続が得られる。

Description

明細書

ガスセンサ技術分野

[0001] 本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ素子を内蔵したガスセンサに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このようなガスセンサのセンサ素子は、一対の電極で挟まれた固体電解質力もなる層を少なくとも一層以上備えた板状の素子として構成され、排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素）の濃度を検知している。固定電解質は温度が低いと活性ィ匕しないため、センサ素子の近傍には、センサ素子を加熱して活性化するためのヒータが設けられていることが一般的である。例えば、ヒーター体型のセンサ素子としては、板状のヒータをセンサ素子とともに焼成一体化させた積層構造を有するものが知られている。

[0003] このようなセンサ素子は、セラミック製のスリーブ (素子側絶縁碍子）の軸孔内に挿入された状態でガラスシールされることによってスリーブに保持され、このスリーブを主体金具内に保持させることにより、最終的に主体金具に組み付けることができる。そして、センサ素子からの出力を取り出すために、センサ素子の後端側の表裏面にそれぞれ設けられた電極端子部を覆うようにして電極ホルダ (大気側絶縁碍子）が被せられる。この電極ホルダ内には、センサ素子の電極端子部に当接する接続端子が設けられており、センサ素子の両面力センサ素子と電極パネを挟持することで、電極端子部と接続端子との導通が確保される。

[0004] このとき、電極ホルダとスリーブとを互いに係合させるようにすれば、互いの位置決めがなされ、電極ホルダがスリーブに対して傾いた状態で配置されることがない。このため、電極ホルダ内に挿入されるセンサ素子の後端部力電極ホルダの内面に衝突して破損することが防止される (例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1：特開 2003— 43004号公報発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、特許文献 1に記載のガスセンサでは、電極ホルダがセンサ素子ではなぐスリーブに対して同軸状に位置決めされている。そのため、軸孔に挿入されたセンサ素子が傾、た状態でスリーブに保持された場合、電極ホルダ組付時にセンサ素子に余分な荷重が力かることになり、組み付け時に素子折れが生じる問題が生ずる。また、その場合、接続端子からの接触圧がセンサ素子の一方の板面 (表面）と他方の板面 (裏面）とで異なってくるため、電極端子部に対する電気的な接続が不安定となる可能性がある。

[0006] 本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、センサ素子に余分な荷重をかけることなぐその電極端子部に対して接続端子を安定して接触させることができる信頼性の高ヽガスセンサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために、第 1の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する素子ガイド部を備えたことを特徴とする。

[0008] 本発明のガスセンサによれば、センサ素子が内挿されるスリーブに、軸孔の後端側の開口端面より突出して、センサ素子の軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制するための素子ガイド部が設けてある。この素子ガイド部により、スリーブの軸孔に挿入されるとともに、自身の後端側が軸孔の後端側の開口端面より突出したセンサ素子が、軸孔の軸線方向に交差する方向に傾いた状態で配置されることが防止できる。

[0009] 従って、センサ素子の電極端子部と接触する接続端子を内側に配置した部材を、スリーブに対して同軸状に配置させた場合にも、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができ、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができる。また、接続端子をセンサ素子の表裏面にそれぞれ形成された電極端子部に接触させた場合にも、接続端子からの接触圧はセンサ素子の表面及び裏面においてほぼ均等となる。そのため、接続端子をセンサ素子の電極端子部に安定して接触させることができ、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。

[0010] また、上記のガスセンサであって、前記スリーブは、一対の前記素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されていると良い。

[0011] このように素子ガイド部を軸孔の中心軸線を挟んで向力、合うように一対設けることで、センサ素子をスリーブ (詳細には、スリーブの軸孔）に対して同軸状に安定して配置させることができる。

[0012] さらに、上記のガスセンサであって、前記一対の素子ガイド部は、前記センサ素子の短手方向両端側のいずれかを収容するとともに、前記軸孔の内周に連続する溝部を有すると良い。

[0013] 一対の素子ガイドのそれぞれに軸孔の内周に連続する溝部を設け、この溝部にセンサ素子の幅方向両端側のいずれかを収容させることで、センサ素子の幅方向への傾きと厚み方向への傾きの両方を確実に防止することができる。従って、センサ素子をスリーブ (詳細には、スリーブの軸孔）に対して同軸状により安定して配置させることができ、より信頼性の高、ガスセンサを提供することができる。

[0014] さらに、上述したガスセンサであって、前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されて、ると良、。

[0015] 本発明のガスセンサによれば、接続端子を内側に配置した状態でセンサ素子の後端側周囲に配置される絶縁保持部材の内面を、素子ガイドの外面に係合させている。これにより、センサ素子の後端側と絶縁保持部材との間に素子ガイド部が介在することになるため、組み付け時やガスセンサを振動が激しく掛カる部位（自動車の排気管等）に取り付けて使用した際に、絶縁保持部材の内面がセンサ素子の後端側側周面に当たることが防止され、センサ素子に破損が生ずるのを確実に防げる。

[0016] また、絶縁保持部材が素子ガイドに対して傾いて配置されることが防止されるため、センサ素子の各電極端子部に対する各接続端子の接触圧をより均等に設定することができる。従って、接続端子をセンサ素子の電極端子部により安定して接触させることができ、より信頼性の高ヽガスセンサを提供することができる。

[0017] さらに、上記のガスセンサであって、前記絶縁保持部材は、対をなすと共に、前記接続端子と前記センサ素子とを挟持固定してヽると良ヽ。このように対をなす絶縁保持部材を用いて、接続端子とセンサ素子とを挟持固定することで、接続端子とセンサ素子の電極端子部とを確実に接触させることができる。

[0018] なお、この態様のガスセンサにおいては、前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記絶縁保持部材の外周を取り囲む筒状をなし、前記絶縁保持部材による前記接続端子と前記センサ素子とを挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具とを備えると良い。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも対をなす絶縁保持部材は安定して保持され、さらに外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても、保持金具により絶縁保持部材に掛カゝる衝撃を緩和し、センサ素子に伝達される応力を軽減することができるので、素子折れを効果的に防止することができる。

[0019] さらに、上記のガスセンサであって、前記絶縁保持部材は、前記センサ素子の後端側周囲を覆う単一部材カゝらなり、後端側に前記接続端子に接続されるリード線を揷通する揷通孔を有して、ると良、。このような単一部材力なる絶縁保持部材をセンサ素子の後端側に被せて配置させることで、自身の内面とセンサ素子との間で接続端子を挟みつつ、接続端子とセンサ素子の電極端子部とを確実に接触させることができる。また、この絶縁保持部材に各接続端子に接続されるリード線を揷通する揷通孔を設けることで、ガスセンサ組み立て時のリード線の絡みを防止でき、短絡の発生を防止することができる。

[0020] なお、この態様のガスセンサにおいては、前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記保護カバーの内部で保持されるとともに、前記絶縁保持部材を内部で保持する保持金具とを備えると良い。これにより、ガスセンサに振動が及んだ際にも対をなす絶縁保持部材は安定して保持され、さらに外部から保護カバーに飛石等に起因する衝撃が加わっても、保持金具により絶縁保持部材に掛カる衝撃を緩和し、センサ素子に伝達される応力を軽減することができるので、素子折れを効果的に防止することができる。

[0021] また、上記目的を達成するために、第 2の発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部を備えた

ことを特徴とする。

[0022] 本発明のガスセンサによれば、センサ素子が内挿されるスリーブに、軸孔の後端側の開口端面より突出して、センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部が設けてある。これにより、センサ素子をスリーブの軸孔に挿入する際に、センサ素子の後端側を素子ガイド部によって案内させることができ、センサ素子はスリーブの軸孔に対し同軸状に配置 (位置決め）され、ひ、てはセンサ素子が軸孔の軸線方向に交差する向きに傾くのを防止することができる。

[0023] 従って、センサ素子の電極端子部と接触する接続端子を内側に配置した部材を、スリーブに対して同軸状に配置させた場合にも、センサ素子に余分な荷重がかかるのを抑制することができ、センサ素子の素子折れ等の破損を防止することができる。また、接続端子をセンサ素子の表裏面にそれぞれ形成された電極端子部に押圧させた状態で接触させた場合にも、接続端子からの接触圧はセンサ素子の表面及び裏面においてほぼ均等となる。そのため、接続端子をセンサ素子の電極端子部に安定して接触させることができ、それぞれの電気的な接続を良好に行うことができる。図面の簡単な説明

[0024] [図 1]実施形態のガスセンサ 1の要部破断断面図である。

[図 2]センサ素子 10の概略構成を示す斜視図である。

[図 3]主体金具 2に係合されるフランジ部 25がセンサ素子 10に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図である。

[図 4]素子ガイド部 33を備えるスリーブ 30の斜視図である。

[図 5]電極ホルダ 40の斜視図である。

[図 6]保持金具 48の斜視図である。

[図 7]セパレータ 50の斜視図である。

[図 8]リード線 68が加締められた電極金具 60の斜視図である。

[図 9]主体金具 2へのセンサ素子 10の組み付けについて説明するための分解斜視図である。

[図 10]センサ素子 10への電極ホルダ 40の組み付けについて説明するための分解斜視図である。

[図 11]2部品力も構成した一対の電極ホルダ 140の斜視図である。

[図 12]電極ホルダ 140を保持する保持金具 148の斜視図である。

[図 13]電極ホルダ 140をセンサ素子 10に組み付けた別実施形態のガスセンサ 1の要部破断部分断面図である。

[図 14]単一部品から構成した電極ホルダ 240の後端側力も見た斜視図である。

[図 15]単一部品から構成した電極ホルダ 240の先端側力も見た斜視図である。

[図 16]電極ホルダ 240を保持する保持金具 248の斜視図である。

[図 17]電極ホルダ 240をセンサ素子 10に組み付けた別実施形態のガスセンサ 1の要部破断部分断面図である。

符号の説明

1 ガスセンサ

2 主体金具

10 センサ素子

15, 16 電極端子部

30 スリーブ

31 軸孔

33 素子ガイド部

35 溝部 40, 140, 240 電極ホルダ（絶縁保持部材）

48 保持金具

49 突設部

50 セノレータ

52 揷通孔

53 小径部

60 電極金具 (接続端子）

68 リード線

70 保護カバー

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の一実施の形態に力かるガスセンサ 1について、図面を参照して説明する。まず、図 1一図 8を参照して、ガスセンサ 1の概略構成について説明する。図 1は、ガスセンサ 1の要部破断断面図である。図 2は、センサ素子 10の概略構成を示す斜視図である。図 3は、主体金具 2に係合されるフランジ部 25がセンサ素子 10に一体的に組み付けられた状態を示す斜視図である。図 4は、スリーブ 30の斜視図である。図 5は、電極ホルダ 40の斜視図である。図 6は、保持金具 48の斜視図である。図 7は、セパレータ 50の斜視図である。図 8は、リード線 68が加締められた電極金具 60の斜視図である。なお、各部材がガスセンサ 1に組み込まれた際に、ガスセンサ 1 の軸線方向（図 1に示す紙面上下方向）においてセンサ素子 10の検出部 11側となる方向を先端側、その反対側に位置する側を後端側として、以下、説明する。

[0027] 図 1に示すガスセンサ 1は、自動車の排気管に装着されて使用に供され、排気管内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。板状のセンサ素子 10は、自身の先端部 (検出部 11)を主体金具 2の先端力突出させた状態で、主体金具 2に保持されている。本実施の形態のセンサ素子 10は、図 2に示すように、軸線方向に延びる板状の素子部 12と、同じく軸線方向に延びる板状のヒータ 14とが積層された構成をなし、素子部 12とヒータ 14とが一体に焼成されている。素子部 12は、ィットリアを安定化剤として固溶させたジルコユアを主体に構成された固体電解質基板の両面に、白金を主体とする多孔質状の一対の電極 (検知電極および基準電極）が形成されている。また、ヒータ 14は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、白金を主体とする発熱抵抗体が挟み込まれるようにして形成されて！ヽる。

[0028] このようなセンサ素子 10では、素子部 12の長手方向の先端側に多孔質状の検知電極及び基準電極 (図示外)を配置させた検出部 11が設けられ、後端側の第 1板面 (表面） 13にはそれぞれと電気的に接続された 2つの電極端子部 15が設けられてヽる。また、センサ素子 10の後端側の第 2板面 (裏面） 17には発熱抵抗体（図示外）に電圧を印加するための正極'負極となる 2つの電極端子部 16が形成されている。さらに、センサ素子 10は、先端側のうち少なくとも排気ガスに晒される電極 (検知電極)の表面上に、耐被毒防止用の多孔質セラミックからなる電極保護層 19が形成されている。なお、本実施の形態では、センサ素子 10のうち排気ガスに晒される電極の表面を含む先端側側周面を電極保護層 19にて覆ってヽる。

[0029] 次に、図 1,図 3に示すように、センサ素子 10に一体に組み付けられるフランジ部 2 5は、アルミナ製のセラミックリング 21と、滑石粉末を圧縮充填させた滑石リング 22と、セラミックリング 21および滑石リング 22を内部に収容可能な大きさの筒状をなす金属製ホルダ 20と力も構成されている。なお、このフランジ部 25は、以下のようにしてセンサ素子 10に組み付けられる。まず、センサ素子 10を揷通可能な大きさの開口断面積を有する滑石リング 22を準備し、センサ素子 10の所定位置に金属製ホルダ 20、セラミックリング 21および滑石リング 22を順に配置させる。そして、滑石リング 22の挿通孔の開口断面積が縮小するように圧力を付与して滑石リング 22を圧縮変形させることで、金属製ホルダ 20およびセラミックリング 21を滑石リング 22とともに、センサ素子 10に一体に組み付ける。これにより、主体金具 2の段部 9に係合させるためのフランジ部 25がセンサ素子 10に対して固定された状態で設けられる。

[0030] 図 1に示すように、主体金具 2の先端側（図中下側）には、その内径が細くなることで形成された段部 9を有する。また、フランジ部 25の外径は主体金具 2の内径とほぼ同じに構成されている。そして、フランジ部 25は、主体金具 2内に挿入されて自身の先端部が段部 9に当接することにより、主体金具 2に対して位置決めされる。そして、フランジ部 25 (金属製ホルダ 20)が係合された主体金具 2内で、金属製ホルダ 20よりも後端側（図中上側の層）には、滑石リング 23が圧縮充填される。これにより、主体金具 2内でフランジ部 25が固定されるとともに、センサ素子 10もまた主体金具 2に対して位置決め固定される。なお、滑石リング 23の圧縮は、後述するスリーブ 30が主体金具 2内に組み込まれる際に、そのスリーブ 30によって押圧されて行われる。

[0031] また、ガスセンサ 1の先端側（図中下側）では、センサ素子 10の検出部 11が主体金具 2より露出される。この検出部 11を覆って保護する有底円筒状の内側プロテクタ 3 と、その内側プロテクタ 3を覆う外側プロテクタ 4とが、それぞれ主体金具 2にレーザ溶接により固定されている。センサ素子 10の検出部 11がガスセンサ 1周囲の雰囲気（排気ガス）中に曝されるように、内側プロテクタ 3と外側プロテクタ 4とにはそれぞれ、複数の外気連通孔 5, 6が開口されている。

[0032] 次に、滑石リング 23よりもガスセンサ 1の後端側には多段円筒状のアルミナ製のスリーブ 30が設けられ、滑石リング 23を先端側に向力つて押圧しつつ、フランジ部 25とともに主体金具 2内に収容されている。図 1,図 4に示すように、スリーブ 30はその軸線方向に軸孔 31を有し、この軸孔 31にセンサ素子 10が揷通される。この軸孔 31は、軸線方向断面の面積（開口面積）がセンサ素子 10の長手方向断面の面積よりやや大きめとなるように形成されている。スリーブ 30が主体金具 2に収容された状態では、センサ素子 10の各電極端子部 15, 16は、主体金具 2の加締め部 7側より露出される

[0033] また、図 4に示すように、スリーブ 30は、軸孔 31の後端側の開口端面 37から、スリーブ 30 (軸孔 31)の軸線方向に沿って後端方向（図中上方向）に向力つて延びる一対の素子ガイド部 33が突設されている。この一対の素子ガイド部 33は、軸孔 31の中心軸線を挟んで向かい合うように配置されている。各素子ガイド部 33には、センサ素子 10の後端側における幅方向両端側のいずれかを収容および案内するために、軸孔 31の内周に連続する溝部 35が設けられている。この溝部 35の長さは、スリーブ 3 0が組み付けられた際に、センサ素子 10がはみ出さない程度の長さとなっている。また、溝部 35の深さは、溝部 35にセンサ素子 10の幅方向両端側のいずれかを収容した際に、センサ素子 10の電極端子部 15, 16の少なくとも一部を露出させることが可能な深さとなっており、後述する電極金具 60が接触するのに必要な面積分の電極端子部 15, 16の一部が露出されている。また、溝部 35の幅は、センサ素子 10の厚みより少し広めに形成されている。なお、電極金具 60が、本発明の特許請求の範囲における「接続端子」に相当する。

[0034] そして、図 1に示すように、主体金具 2の加締め部 7が内側に折り曲げられて加締められると、内部に介在されたステンレス製のリング部材 8を介し、スリーブ 30が主体金具 2の先端側に向かって押圧される。すると滑石リング 23が圧縮変形されて周囲の隙間を埋めるので、センサ素子 10が主体金具 2内に気密的に保持固定される。

[0035] 次に、主体金具 2の後端より突出したセンサ素子 10の各電極端子部 15, 16が形成された第 1板面 13,第 2板面 17は、センサ素子 10の厚み方向の両側から、電極金具 60を介して一対の電極ホルダ 40によって挟み込まれている。図 1,図 5に示すように、電極ホルダ 40は、自身の内面がスリーブ 30の素子ガイド部 33 (図 4参照）の外面に係合するようになっており、素子ガイド部 33に案内（収容）されたセンサ素子 10に対向する内壁面 42と、素子ガイド部 33とともに構成する軸線方向の断面がほぼ円形となる湾曲した外周面を形成する外壁面 44とを有している。また、外壁面 44の先端寄りには鍔部 47が形成され、なお、電極ホルダ 40が、本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

[0036] さらに、一対の電極ホルダ 40それぞれの軸線方向におけるほぼ中央には、内壁面 42と外壁面 44を貫通する 2つの開口 46が設けられている。この開口 46の内面には後述する電極金具 60の突片 63 (図 8参照）が係合し、電極金具 60が電極ホルダ 40 の内側の所定位置に位置決めされるようになっている。電極金具 60は、本実施の形態では、センサ素子 10の第 1板面 13に設けられた電極端子部 15、および第 2板面 1 7に設けられた電極端子部 16のそれぞれの正極 ·負極に電気的な接続を行うため、各電極ホルダ 40に 2つずつ係合されて!/、る。

[0037] そして電極ホルダ 40が、電極金具 60を内側に保持した状態で素子ガイド部 33に係合した場合には、その係合を維持させるため、一対の電極ホルダ 40の外壁面 44 に保持金具 48が係合される（図 1参照)。図 6に示すように、保持金具 48は、円筒形状を有し、一方の筒端にて軸線方向の切り込みが近接して 2本ずつ、軸線方向に対して四方に設けられている。その近接する 2本の切り込みの間に位置する部位は突設部 49として構成され、保持金具 48の外側に開くように折り曲げられている。 [0038] 図 1に示すように、電極ホルダ 40に保持金具 48が係合された状態では、電極ホルダ 40の内壁面 42とセンサ素子 10との間に挟まれる電極金具 60が橈められる。しかし、その弾性復元力によって、電極金具 60が電極ホルダ 40を保持金具 48の内周に対して押圧するため、保持金具 48の抜けが防止される。

[0039] 次に、図 1に示すように、電極ホルダ 40よりもガスセンサ 1の後端側（図中上側）には、センサ素子 10と外部の回路とを電気的に接続するための 4本のリード線 68を電極金具 60へと案内するためのアルミナ製のセパレータ 50が配置され、電極ホルダ 4 0の後端面に当接されている。図 7に示すように、セパレータ 50はほぼ円柱形状を有し、後端側の面（図中上側の面)の中央付近に円柱状の小突起 51が設けられている。そして、小突起 51の周囲に四ケ所、軸線方向に貫通する揷通孔 52が設けられている。図 1に示すように、揷通孔 52には、小突起 51が設けられた側（図中上側）の部分が小径となった小径部 53が設けられている。小径部 53の内径は、リード線 68の太さとほぼ同等となっている。

[0040] 図 1に示すように、揷通孔 52の内部には、電極金具 60の基部 62が収容される。図 8に示すように、電極金具 60の基部 62は、リード線 68を加締めて電極金具 60に固定するための部位である。基部 62は、リード線 68の導線 69を被覆する絶縁被膜の外周を加締めて抜けを防止する加締め部 65と、リード線 68内の導線 (撚り線) 69を加締めて電気的な接続を行う加締め部 64とが設けられている。リード線 68の外周を加締める加締め部 65は、導線 69を加締める加締め部 64より大きく形成されている。このため、図 1に示すように、加締め部 65はリード線 68を加締めた際にリード線 68の径よりもさらに太径となるため、セパレータ 50の揷通孔 52の後端側に位置する小径部 53の内径よりも大きくなり、その小径部 53を通過できないようになっている。

[0041] また、図 8に示すように、基部 62に接合された電極金具 60の先端部 61は、センサ素子 10の電極端子部 15, 16に接触して電気的な接続を行う部位であり、 U字パネ形状に構成されている。先端部 61のほぼ中央には、電極ホルダ 40の開口 46に係合されて電極ホルダ 40への位置決めを行うための突片 63が突設されている。

[0042] 図 1に戻り、電極ホルダ 40とセパレータ 50とを覆って保護するほぼ円筒状のステンレスカゝらなる保護カバー 70が、主体金具 2の加締め部 7の外周に固着されている。保護カバー 70の後端部（主体金具 2に固着される側とは反対側の端部）にはフッ素ゴム製の栓部材 71が嵌入され、リード線 68のみが挿通されるこの栓部材 71の径方向周囲に位置する保護カバー 70を内方に加締めることで、栓部材 71は弾性変形された状態で保護カバー 70内に固定される。また、保護カバー 70の内壁に、電極ホルダ 40の保持金具 48に設けられた突設部 49が当接する。突設部 49は、上述したように四方に張り出し状に設けられており、保持金具 48自身はこの突設部 49の弾性力によって保護カバー 70内で保持される。

[0043] このように構成されたガスセンサ 1へのセンサ素子 10の組み付けについて、図 1, 図 9,図 10を参照して説明する。図 9は、主体金具 2へのセンサ素子 10の組み付けについて説明するための分解斜視図である。図 10は、センサ素子 10への電極ホルダ 40の組み付けについて説明するための分解斜視図である。

[0044] 図 1,図 9に示すように、フランジ部 25がー体に組み付けられたセンサ素子 10は、検出部 11側を主体金具 2の先端側にして主体金具 2内に挿入される。そして、センサ素子 10は、主体金具 2の先端側（図 1における下側）の段部 9にフランジ部 25の端部が当接する位置で、主体金具 2に対して位置決めされる。

[0045] 次いで、滑石リング 23力その中央の孔にセンサ素子 10を通すようにして係合され、これに続いてスリーブ 30の軸孔 31にセンサ素子 10が自身の後端側より通される。このとき、センサ素子 10の幅方向両端側は、軸孔 31の内周に連続した素子ガイド部 33の溝部 35に案内される。なお、センサ素子 10の電極端子部 15, 16の一部は素子ガイド部 33の溝部 35内に位置することとなる力電極金具 60との接続を行えるように、少なくとも一部が露出される。このようにセンサ素子 10を素子ガイド部 33 (詳細には、溝部 35)に案内させることにより、センサ素子 10をスリーブ 30の軸孔 31に対して同軸状に配置 (位置決め）させることができる。

[0046] この状態でリング部材 8をスリーブ 30上に載置して、主体金具 2の後端部を径方向内側に加締めることで加締め部 7を形成する。この加締め部 7を形成することにより、スリーブ 30はリング部材 8を介して、主体金具 2の先端方向に向力押圧力を受け、滑石リング 23を圧縮する。滑石リング 23は変形し、周囲の隙間を埋めて、主体金具 2 内においてフランジ部 25を固定する。 [0047] 図 10に、加締め部 7形成後の主体金具 2およびセンサ素子 10の状態を示す。センサ素子 10は、その幅方向両端側が素子ガイド部 33に案内された状態で主体金具 2 内に固定される。

[0048] そして、図 10に示すように、電極金具 60の突片 63が電極ホルダ 40の開口 46に係合されると、電極金具 60が電極ホルダ 40に対して位置決めされて保持される。この状態で、電極ホルダ 40力センサ素子 10の厚み方向の両側から当該センサ素子 10 を挟むようにして素子ガイド部 33に係合される。電極ホルダ 42の内壁面 42とセンサ素子 10の板面との間で挟まれる電極金具 60の先端部 61は、センサ素子 10の電極端子部 15, 16に対して当接する。このとき、センサ素子 10は素子ガイド部 33に対して位置決めされており、電極ホルダ 40も係合される素子ガイド部 33に対して位置決めされている。このため、センサ素子 10の板面と、電極ホルダ 40の内壁面 42との間の距離は、製造されるどの個体においても大差なぐほぼ一定に保たれる。

[0049] 電極金具 60の先端部 61は U字パネ状に形成されているので、素子ガイド部 33〖こ電極ホルダ 40が係合されると、センサ素子 10の板面と、電極ホルダ 40の内壁面 42 との間が遠ざ力る方向に両者は付勢される。この状態で、素子ガイド部 33に係合した電極ホルダ 40の外周を押さえて両者の係合を維持させるため、保持金具 48が被せられる。電極金具 60の先端部 61は、センサ素子 10の電極端子部 15, 16に対して付勢されて当接したままの状態で維持され、両者間の電気的な接続は安定する。上記したように、センサ素子 10の板面と電極ホルダ 40の内壁面 42との間の距離力どの電極端子部 15, 16の位置においてもほぼ一定に保たれているので、電極端子部 15, 16の位置によって電極金具 60との接触圧が偏ったりすることはない。

[0050] そして、セパレータ 50が電極ホルダ 40に当接され、この状態で、図 1に示す、保護カバー 70が電極ホルダ 40およびセパレータ 50に被せられる。保護カバー 70は主体金具 2に圧入された後全周レーザ溶接されて固定され、その内壁に保持金具 48の突設部 49が当接される。これにより、保持金具 48は保護カバー 70内で保持され、保持金具 48によって保持された電極ホルダ 40もまた、保護カバー 70内で位置決めされることとなる。

[0051] 以上説明したように、本実施の形態のガスセンサ 1では、主体金具 2にセンサ素子 1 0の固定を行う際に、スリーブ 30に素子ガイド部 33を設け、この素子ガイド部 33の溝部 35にてセンサ素子 10の短手方向両端側を案内して、スリーブ 30の軸孔 31に対するセンサ素子 10の位置決めを行った。そして、センサ素子 10の電極端子部 15, 1 6に接触する電極金具 60を、素子ガイド部 33に対して位置決めを行うことができる電極ホルダ 40に位置決め保持させた。

[0052] これにより、素子ガイド部 33を介して電極金具 60とセンサ素子 10との位置関係が製造される個体差の影響なく一定に保たれるため、電極金具 60の先端部 61とセンサ素子 10の電極端子部 15, 16との接触圧が一定し、電気的に安定した接続を行うことができる。また、素子ガイド部 33を介してセンサ素子 10がスリーブ 30の軸孔 31に対して同軸状に位置決めされ、且つセンサ素子 10は素子ガイド部 30により軸孔 31 の軸線方向に交差する方向（換言すれば、センサ素子 10の幅方向及び厚み方向）に傾くことが規制されるため、素子ガイド部 33に対して電極ホルダ 40を係合させても、電極ホルダ 40がセンサ素子 10に接することがない。従って、センサ素子 10に余分な荷重が掛カることがなぐセンサ素子 10の素子折れを防止することができる。

[0053] また、電極金具 60には外部回路カゝら配線されたリード線 68が接続される力そのリード線 68の案内するセパレータ 50を素子ガイド部 33の後方に設けたことにより、複数のリード線 68をそれぞれ分離して配設することができ、ガスセンサ 1の組み立て時の絡みを防止して組み立てを容易とし、また、短絡の発生を防止することができる。さらに、そのセパレータ 50の端部にリード線 68の外径とほぼ同等の径を有する小径部 53を設けた。これ〖こより、リード線 68を加締めて抜けないように固定する電極金具 60 の基部 62が小径部 53を通過できず、セパレータ 50からの電極金具 60の抜けを防止することができる。

[0054] なお、本発明は各種の変形が可能なことは、うまでもな、。例えば、上述した実施の形態では、電極金具 60周りの絶縁部材を、一対の電極ホルダ 40とセパレータ 50 の 3つの部品から構成した力 2部品、あるいは 1部品から構成してもよい。例えば、図 11では、電極ホルダ 40とセパレータ 50とを一体に形成し、一対の電極ホルダ 140 として 2部品から構成した例を示す。図 11に示すように、電極ホルダ 140は、セパレータ 50に相当する部分を縦割りに分割し、その分割部分と電極ホルダ 40に相当する部分とを一体成形した。

[0055] この一対の電極ホルダ 140のそれぞれには、電極ホルダ 40に相当する部位に凹部 141が設けられている。この凹部 141は、電極ホルダ 140でセンサ素子 10をその厚み方向から挟み込んだときに、素子ガイド部 33ごとセンサ素子 10を凹部 141内に収容可能に構成されている。このとき、その凹部 141の内面 143が、一対の素子ガイド部 33の外面に係合するようになつている。また、センサ素子 10の板面と対向する凹部 141の内壁面 142には、本実施の形態の電極ホルダ 40と同様に、電極ホルダ 14 0の外壁面 144に貫通する 2つの開口 146が設けられている。この開口 146に、上記実施の形態における電極金具 60の突片 63が係合されることで、電極金具 60の先端部 61が電極ホルダ 140の内側に保持される。

[0056] また、電極ホルダ 140のセパレータ 50に相当する部位には、セパレータ 50の揷通孔 52に相当する 2本の揷通溝 152が溝設されている。この揷通溝 152は凹部 141に接続され、凹部 141とは反対側の溝の端部に、リード線 68の外径とほぼ同じ溝幅を有する小溝幅部 153が設けられている。この小溝幅部 153は、上記実施の形態と同様に、電極金具 60の加締め部 65に対するストッパとして機能する。そして、この挿通溝 152に電極金具 60の基部 62が収容され、凹部 141に先端部 61が収容されることによって、電極金具 60全体が電極ホルダ 140内に収容される。なお、電極ホルダ 14 0が、本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

[0057] この電極ホルダ 140にて素子ガイド部 33ごとセンサ素子 10を挟み込めば、電極金具 60の先端部 61が位置決めされた電極ホルダ 140が素子ガイド部 33に係合されるので、電極金具 60の先端部 61と素子ガイド部 33に案内されたセンサ素子 10との位置関係は、個体差によらずほぼ一定となる。また、この電極ホルダ 140は、上記実施の形態の保持金具 48と同様に、図 12に示す、円筒状の保持金具 148によって保持される。この保持金具 148には、内側に向力つて張り出す突設部 149が六ケ所形成されるとともに、先端に位置し、径方向内側に延びるとともに徐々に方向転換して後端側に延びてほぼ: [字状に湾曲してなる突設部 171 (図 13参照）が六ケ所形成されている。

[0058] そして、この保持金具 148は、図 13に示すように、一対の電極ホルダ 140がセンサ素子 10を挟んだ状態を維持させるように、電極ホルダ 140の外側に突設部 149、突設部 171が弹性的に接した状態で、電極ホルダ 140を保持している。さら〖こ、この保持金具 148は、保護カバー 70のうち保持金具 148の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となるように変形させた凸部 181により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー 70内に保持される。

[0059] これにより、ガスセンサ 1に振動が及んだ際にも電極ホルダ 140は安定して保持され、さらに外部から保護カバー 70に衝撃が加わっても、保持金具 148により電極ホルダ 140にかかる衝撃を緩和することができ、センサ素子 10に伝達される外力を軽減することができるので、素子折れの発生を防止することができる。もっとも、上記実施の形態における保持金具 48のように、保護カバー 70に凸部 181を設けることなぐ突設部を外方に向カゝつて突設させ、保持金具の内周で一対の電極ホルダ 140を保持するとともに、突設部を保護カバー 70の内壁に当接させるようにした保持金具を用いて、ガスセンサ 1を構成してもよい。

[0060] また、図 14,図 15では、電極ホルダ 40とセパレータ 50とを一体に形成し、電極ホルダ 240として単一部品力構成した例を示す。電極ホルダ 240は、電極ホルダ 40 に相当する部位に凹部 241が形成され、スリーブ 30の素子ガイド部 33を挿入可能となっている。そして、一対の素子ガイド部 33の外面が凹部 241の内面 243に対して係合することで、素子ガイド部 33に対して電極ホルダ 240が位置決めされるようになつている。

[0061] 凹部 241に挿入されるセンサ素子 10の板面と対向する内壁面 242には、断面 L字形状の係合溝 246が、片面に 2ケ所ずつ設けられている。上記実施の形態における電極金具 60の突片 63を断面 L字形状に構成し、この係合溝 246に係合させれば、電極金具 60の先端部 61を凹部 241内にて位置決めすることができる。そして、素子ガイド部 33を凹部 241の内面 243に係合させれば、対向する電極金具 60の先端部 61間にセンサ素子 10が挟まれ、先端部 61と電極端子部 15, 16との電気的な接続が行われる。センサ素子 10は素子ガイド部 33に位置決めされ、また、電極金具 60の先端部 61が位置決めされた電極ホルダ 240も素子ガイド部 33に位置決めされている。そこで、電極ホルダ 240を素子ガイド部 33に被せるようにして係合させれば、電極金具 60の先端部 61とセンサ素子 10との位置関係は、個体差によらずほぼ一定となる。

[0062] なお、電極ホルダ 240のセパレータ 50に相当する部位に揷入孔 252や小径部 25 3を形成し、 4つの電極金具 60におけるそれぞれの基部 62を収容し、電極金具 60の抜け防止を行う点については、上記実施の形態と同様である。なお、電極ホルダ 240 力本発明の特許請求の範囲における「絶縁保持部材」に相当する。

[0063] そして、電極ホルダ 240は、図 16に示す円筒状の保持金具 248によって保護カバ一 70内に保持される。この保持金具 248には、内側に向力つて張り出す突設部 251 が六ケ所形成されるとともに、後端に位置し、径方向内側に延びるとともに徐々に方向転換して先端側に延びてほぼ: [字状に湾曲してなる突設部 249が六ケ所形成されている。そして、この保持金具 248は、図 17に示すように、電極ホルダ 240の外側に突設部 249、突設部 251が弹性的に接した状態で、電極ホルダ 240を保持している。さらに、この保持金具 248は、保護カバー 70のうち保持金具 248の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となるように変形させた凸部 181 により、自身の一部を変形させた状態で保護カバー 70内に保持される。

[0064] これにより、ガスセンサ 1に振動が及んだ際にも電極ホルダ 240は安定して保持され、さらに外部から保護カバー 70に衝撃が加わっても、保持金具 248により電極ホルダ 240にかかる衝撃を緩和することができる。なお、上記実施の形態における保持金具 48のように、保護カバー 70に凸部 181を設けることなぐ突設部を外方に向かつて突設させ、保持金具の内周で電極ホルダ 240を保持するとともに、突設部を保護カバー 70の内壁に当接させるようにした保持金具を用いて、ガスセンサ 1を構成してちょい。

[0065] また、上記実施の形態では、素子ガイド部 33として、対をなすと共に、センサ素子 1 0の幅方向両端側を案内する溝部 35を設けた構成を示したが、素子ガイド部 33の構成はこれに限定されず、センサ素子 10の四つの角部稜線を案内する四つのガイド部材として構成してもよい。また、電極金具 60の先端部 61は U字パネ状に形成したが、電極ホルダ 40の内壁面 42に直交する方向に付勢力を有する板パネ状、あるいは波状に形成され、内壁面 42に位置決め保持されてヽてもよヽ。 [0066] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、 2004年 3月 19日出願の日本特許出願 (特願 2004— 079813)、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0067] さらに、本発明を適用可能なガスセンサとして、上記の実施の形態では酸素センサを示した力板状のセンサ素子を備える全領域空燃比センサや NOxセンサ等の各種ガスセンサにも本発明を適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側の表裏面に接続端子と接触する電極端子部がそれぞれ形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリ一ブとを備えたガスセンサであって、

前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出するとともに、前記センサ素子の前記軸孔の軸線方向に交差する方向への傾きを規制する素子ガイド部を備えた

ことを特徴とするガスセンサ。

[2] 請求項 1に記載のガスセンサであって、

前記スリーブは、一対の前記素子ガイド部を備えており、この一対の素子ガイド部は、前記軸孔の中心軸線を挟んで向か、合うように配置されて、る

ガスセンサ。

[3] 請求項 2に記載のガスセンサであって、

前記一対の素子ガイド部は、前記センサ素子の幅方向両端側の、ずれかを収容するとともに、前記軸孔の内周に連続する溝部を有する

ガスセンサ。

[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載のガスセンサであって、

前記センサ素子の後端側周囲に絶縁保持部材が配置されるとともに、前記接続端子が、前記センサ素子と前記絶縁保持部材との間に配置されて前記電極端子部に接触しており、

前記絶縁保持部材の内面が、前記素子ガイドの外面に係合されてヽる

ガスセンサ。

[5] 請求項 4に記載のガスセンサであって、

前記絶縁保持部材は、対をなすと共に、前記接続端子と前記センサ素子とを挟持固定している

ガスセンサ。

[6] 請求項 5に記載のガスセンサであって、前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記絶縁保持部材の外周を取り囲む筒状をなし、前記絶縁保持部材による前記接続端子と前記センサ素子とを挟んだ状態を維持させるとともに、前記保護カバーの内部で保持される保持金具とを備えた

ガスセンサ。

[7] 請求項 4に記載のガスセンサであって、

前記絶縁保持部材は、前記センサ素子の後端側周囲を覆う単一部材からなり、後端側に前記接続端子に接続されるリード線を揷通する揷通孔を有しているガスセンサ。

[8] 請求項 7に記載のガスセンサであって、

前記主体金具に固定され、前記絶縁保持部材を取り囲む保護カバーと、前記保護カバーの内部で保持されるとともに、前記絶縁保持部材を内部で保持する保持金具とを備えた

ガスセンサ。

[9] 筒状の主体金具と、先端側が被測定ガスに晒され、後端側に接続端子と接触する電極端子部が形成された長手方向に延びる板状のセンサ素子と、前記センサ素子が挿通される軸孔を有し、前記主体金具の内側にて保持されるスリーブとを備えたガスセンサであって、

前記スリーブは、前記軸孔の後端側の開口端面より突出すると共に、前記センサ素子の後端側を前記軸孔と同軸状に案内する素子ガイド部を備えた

ことを特徴とするガスセンサ。