WO2020066051A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2020066051A1
WO2020066051A1 PCT/JP2019/004623 JP2019004623W WO2020066051A1 WO 2020066051 A1 WO2020066051 A1 WO 2020066051A1 JP 2019004623 W JP2019004623 W JP 2019004623W WO 2020066051 A1 WO2020066051 A1 WO 2020066051A1
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WO
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electrode pad
slope
contact portion
gas sensor
element contact
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PCT/JP2019/004623
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English (en)
French (fr)
Inventor
健弘 大場
正名 岡井
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Priority to CN201980063057.7A priority patent/CN112789501B/zh
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    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
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    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/409—Oxygen concentration cells

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor including a sensor element for detecting a concentration of a gas to be detected.
  • a gas sensor for detecting the concentration of oxygen or NOx in exhaust gas of an automobile or the like a gas sensor having a plate-like sensor element using a solid electrolyte is known.
  • a plurality of electrode pads are provided on the outer surface on the rear end side of the plate-shaped sensor element, and a terminal fitting is electrically contacted with each of the electrode pads to output a sensor output signal from the sensor element to the outside.
  • a device that takes out or supplies power to a heater stacked on a sensor element is widely used (Patent Document 1).
  • the terminal fitting 300 has, for example, a strip shape obtained by cutting and raising a metal plate, and its tip side is folded back toward the electrode pad 402 of the sensor element to elastically press the electrode pad 402 with a pressing force D.
  • An element contact portion 310 for connection is provided.
  • JP 2018-9958A (FIGS. 2 and 3)
  • the contact portion 310 may be displaced in the width direction and fall off from the end of the sensor element 400.
  • the width W2 of the element contact portion 310 is widened with respect to the electrode pad 402
  • the element contact portion 310 is caught on the end of the sensor element 400. Dropping from the element 400 can be suppressed.
  • the width direction end 310 e of the element contact portion 310 comes into contact with the surface of the sensor element 400 adjacent to the electrode pad 402 and the element
  • the contact portion 310 may rise from the electrode pad 402, and the contact 300P may not be secured. Further, even if the contact 300P is apparently secured, the end 310e is pressed against the surface of the sensor element 400, the pressing force D decreases, the contact pressure decreases, and the connection reliability of the contact 300P decreases.
  • an object of the present invention is to provide a gas sensor that can secure electrical connection between terminal electrodes with respect to an electrode pad of a sensor element even when the terminal metal is displaced.
  • a gas sensor of the present invention has a plate shape extending in the axial direction, a sensor element having an electrode pad on a rear end side outer surface, and a sensor element extending in the axial direction and electrically connected to the electrode pad.
  • a terminal fitting to be connected wherein the terminal fitting is folded back from the main body toward the electrode pad and elastically bent, and a part of the terminal fitting is connected to the electrode pad.
  • an element contact portion that contacts the sensor element, the element contact portion has a flat main surface facing the sensor element, and at least one end of the widthwise ends of the terminal fittings, A slope extending toward the opposite side in the thickness direction of the element contact portion while being connected to the main surface.
  • the element contact portion When the gas sensor is assembled, or when the vehicle equipped with the gas sensor travels, the element contact portion may be displaced so as to be inclined with respect to the electrode pad. In this case, assuming that the element contact portion does not have a slope, the corner portion contacts the surface of the sensor element adjacent to the electrode pad, the element contact portion rises from the electrode pad, and the contact cannot be secured. Therefore, according to this gas sensor, by providing the slope, it is possible to prevent the element contact portion from easily coming into contact with the surface of the sensor element even if the element contact portion is inclined, thereby preventing the element contact portion from floating from the electrode pad and making it impossible to secure a contact. it can.
  • the element contact portion may have a side surface that is connected to the slope and faces outward in the width direction at the end where the slope is formed.
  • the contact point between the inclined surface and the electrode pad is the end of the inclined surface (boundary between the inclined surface and the side surface) even if it is farthest from the main body of the terminal fitting.
  • the slope is formed to the opposite side in the thickness direction of the element contact portion, so that the contact between the slope and the electrode pad is in the thickness direction of the element contact portion when it is farthest from the main body of the terminal fitting. Reach the other side.
  • the thickness t1 of the slope and the thickness t2 of the side surface may satisfy t1 ⁇ t2. According to this gas sensor, by satisfying t1 ⁇ t2, it is possible to further suppress a decrease in the spring force and the contact pressure of the element contact portion.
  • the sensor element has a chamfer at a corner in the width direction, and the inclined surface is a side of the electrode pad adjacent to the chamfer that corresponds to a side opposite to the chamfer.
  • the chamfered angle of the chamfered portion of the sensor element is at least formed at the end portion, an angle ⁇ 2 formed by the slope with the main surface satisfies a relationship of ⁇ 1> ⁇ 2, and (1) the electrode pad The edge of the sensor element is in contact with the boundary between the outer surface of the sensor element and the chamfer, or (2) the edge of the electrode pad on the chamfer side is separated from the boundary, and
  • the angle formed by the imaginary line segment connecting the corner of the end on the element contact portion side and the boundary with the outer surface is ⁇ 3, the relationship of ⁇ 3> ⁇ 2 is satisfied, and the boundary and the end meet.
  • Distance L3 from the outer surface of the slope It may be shorter than the parallel length L2 to.
  • the slope contacts the chamfered portion at the end of the sensor element, and the element contact portion rises from the electrode pad. In some cases, the electrical connection with the electrode pad is disconnected. Therefore, according to this gas sensor, when ⁇ 1> ⁇ 2, a gap is formed between the inclined surface and the chamfered portion by the opening angle ( ⁇ 1 ⁇ 2). It is possible to prevent the contact from rising from the pad and making it impossible to secure the contact.
  • opposite surfaces in the thickness direction of the main surface and the slope may be flat.
  • a flat surface is obtained, for example, by forming a slope by sheet metal press working, and the main surface and the slope are thicker than when the slope is formed by press working.
  • the hardness of the slope may be higher than the hardness of the main surface.
  • the hardness of the slope becomes higher than the hardness of the main surface due to work hardening.
  • the overall length L1 of the terminal fitting in the width direction and the length F1 of the main surface in the width direction may satisfy a relationship of F1 / L1 ⁇ 0.8.
  • the slope can be formed at an appropriate angle with respect to the main surface. If F1 / L1> 0.8, the angle of the slope approaches a right angle to the main surface, and the effect of suppressing the contact of the sensor element with the surface by the slope may be reduced.
  • At least one surface of the sensor element may include two or more terminal fittings spaced apart in the width direction.
  • two or more terminal fittings are arranged in the width direction, the width dimension of the element contact portion and the electrode pad is limited, and the terminal fitting is easily displaced with respect to the electrode pad, so that the present invention is more effective.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction of the gas sensor according to the embodiment of the present invention. It is a perspective view of a tip side terminal metal fitting. It is a perspective view of another tip side terminal fitting. It is a perspective view of a rear end side terminal fitting. It is sectional drawing which shows the state which hold
  • FIG. 4 is a process diagram showing assembling of a front end side separator and a rear end side separator. It is sectional drawing of the element contact part of the front-end
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a positional relationship with an electrode pad when the element contact portion in FIG. 7 is displaced so as to be inclined.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a positional relationship between an end portion of the sensor element and an electrode pad when the element contact portion in FIG. 8 is shifted in a width direction.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a bending amount of the element contact portion when the slope of the element contact portion in FIG. 7 contacts an electrode pad. It is a figure which shows the modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part. It is a figure which shows another modification of an element contact part.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state where the element contact portion secures a contact to the electrode pad when the electrode pad is in contact with the chamfered portion.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating ⁇ 3 when an electrode pad is separated from a chamfer.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state where, when ⁇ 3 ⁇ ⁇ 2, an element contact portion does not reach an electrode pad and a contact cannot be secured. It is a figure which shows the state where an element contact part does not reach an electrode pad and a contact cannot be ensured when L3> L2.
  • FIG. 1 is an overall sectional view of a gas sensor (NOx sensor) 1 according to an embodiment of the present invention along an axis O direction
  • FIGS. 2 and 3 are perspective views of distal terminal fittings 20 and 30,
  • FIG. 5 is a perspective view of the metal fitting 40
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the distal terminal fittings 20 and 30 are held by the distal separator 90
  • FIG. 6 is a predetermined cross section of the distal separator 90 and a rear separator 95.
  • FIG. 9 is a process diagram showing the assembling of the front end side separator 90 and the rear end side separator 95 as viewed from a predetermined cross section.
  • the gas sensor 1 is a NOx sensor that detects the concentration of oxygen in exhaust gas from automobiles and various internal combustion engines.
  • a gas sensor 1 has a cylindrical metal shell 138 having a screw portion 139 formed on an outer surface for fixing to an exhaust pipe, and an axial direction O (a longitudinal direction of the gas sensor 1: a vertical direction in the figure).
  • a sensor element 10 having a plate-like shape extending, a cylindrical ceramic sleeve 106 disposed so as to surround the radial direction of the sensor element 10, and an inner space on the front end side of the sensor element 10, the rear end of the sensor element 10.
  • a ceramic cylindrical distal-end-side separator 90 arranged so as to surround the periphery, and six distal-end-side terminal fittings 20 and 30 inserted and held in insertion holes 90h penetrating the distal-end-side separator 90 in the direction of the axis O. (Only four are shown in FIG. 1), a cylindrical rear end separator 95 made of ceramic, and six rear end terminal fittings 40 (two in FIG. 1) held by the rear end separator 95. Only Is provided with a shown), the. Further, as described later, the rear end side separator 95 is disposed in contact with the rear end side of the front end side separator 90 and is connected to each other.
  • the front end terminal fittings 20, 30 and the rear end terminal fitting 40 are arranged on the front end side and the rear end side, respectively, and are connected to each other.
  • the distal end terminal fittings 20 and 30 correspond to “terminal fittings” in the claims.
  • the distal end terminal fittings 20 and 30 held in the insertion holes 90 h of the distal end side separator 90 face the outer surface on the rear end side of the sensor element 10 and are formed on this outer surface. Is electrically connected to the electrode pad 11a. Also, three electrode pads 11a are arranged in the width direction on both surfaces on the rear end side of the sensor element 10. Each electrode pad 11a can be formed, for example, as a sintered body mainly composed of Pt. On the other hand, the gas detector 11 at the tip of the sensor element 10 is covered with a porous protective layer 14 such as alumina.
  • the metal shell 138 is made of stainless steel, has a through hole 154 penetrating in the axial direction, and has a substantially cylindrical shape having a shelf 152 projecting radially inward of the through hole 154.
  • the sensor element 10 is disposed in the through hole 154 so that the tip of the sensor element 10 projects beyond its own tip.
  • the shelf 152 is formed as an inward tapered surface inclined with respect to a plane perpendicular to the axial direction.
  • the above-described ceramic sleeve 106 is laminated in this order from the front end to the rear end.
  • a caulking packing 157 is arranged between the ceramic sleeve 106 and the rear end 140 of the metal shell 138.
  • the rear end portion 140 of the metal shell 138 is caulked so as to press the ceramic sleeve 106 toward the front end via a caulking packing 157.
  • a metal for example, stainless steel
  • An outer protector 142 and an inner protector 143 which are heavy protectors, are attached by welding or the like.
  • An outer cylinder 144 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 138.
  • Lead wires 146 are respectively connected to the rear ends of the rear end terminal fittings 40, and the lead wires 146 are drawn out to the rear end of the rear end separator 95. Then, six lead wires 146 drawn out from the rear end side separator 95 (only two are shown in FIG. 1) are inserted into the openings on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 144.
  • a rubber grommet 170 having a lead wire insertion hole 170h formed therein is disposed.
  • a front end side separator 90 is disposed, and a flange portion 90p protruding radially outward from the outer surface. Is provided.
  • the distal end side separator 90 is held inside the outer tube 144 by the flange portion 90p abutting on the outer tube 144 via the holding member 169.
  • a rear end side separator 95 is disposed between the grommet 170 and the front end side separator 90, and the rear end side separator 95 presses the front end side separator 90 to the front end side by the elastic force of the grommet 170.
  • the flange portion 90p is pressed against the holding member 169, and the front separator 90 and the rear separator 95 are connected to each other inside the outer cylinder 144 (that is, without being separated in the direction of the axis O). A) is held.
  • FIG. 2 and 3 are perspective views of the distal end side terminal fittings 20 and 30, respectively.
  • two types of tip-side terminal fittings 20 and 30 are used.
  • all of the four distal end side terminal fittings 30 are adjacent to each other in the distal end side separator 90 and have a line-symmetrical shape. Description will be made using the side terminal fitting 30 (position I at the upper left of FIG. 5).
  • the distal-side terminal fitting 30 at the lower left of the position II in FIG. 5 is line-symmetric with respect to the distal-side terminal fitting 30 at the position I about the line along the surface direction of the sensor element 10.
  • 5 is line-symmetric with respect to the distal end terminal fitting 30 at the position II about an axis perpendicular to the surface direction of the sensor element 10. 5 is symmetrical with respect to the distal terminal fitting 30 at the position I about an axis perpendicular to the surface direction of the sensor element 10. As shown in FIG.
  • the two terminal fittings 20 facing each other in the distal separator 90 have a line-symmetrical shape
  • the two terminal fittings 20 (FIG. 5) (A position above).
  • the lower distal terminal fitting 20 on the lower side in FIG. 5 is symmetrical with respect to the upper distal terminal fitting 20 on the axis along a line along the surface direction of the sensor element 10.
  • the distal terminal fitting 20 is located between the two distal terminal fittings 30 along the width direction of the sensor element 10.
  • the distal terminal fitting 20 extends in the direction of the axis O as a whole, and has a connecting portion 23 connected to the rear terminal fitting 40 and a substantially plate-shaped main body connected to the distal end of the connecting portion 23. 21 and an element contact portion 22 that is folded back toward the sensor element 10 at the distal end side of the main body 21.
  • the distal end side terminal fitting 20 can be manufactured by, for example, punching out a single metal plate (Inconel (registered trademark) or the like) and then bending it into a predetermined shape, but is not limited thereto.
  • the connecting portion 23 has a cylindrical shape having a C-shaped cross section, and a cylindrical rear-end-side terminal fitting 40 having a front end having a C-shaped cross section is inserted into and connected to the cylindrical portion.
  • the front end terminal 20 is indirectly connected to the lead wire 146 via the rear end terminal 40.
  • the outer sides of both sides in the width direction at the center of the main body 21 in the direction of the axis O are folded back toward the sensor element 10 by 90 degrees to form a holding portion 27 having a U-shaped cross section.
  • the connecting portion 23 is integrally connected to the rear end of the main body 21.
  • the main body portion 21 secures the strength of the distal end side terminal fitting 20 as a base portion of the distal end side terminal fitting 20.
  • a pair of rectangular piece-like rear end holding portions 25, 25 flush with the main body 21 extend from both sides in the width direction on the rear end side in the axis O direction of the main body 21.
  • a pair of rectangular piece-like tip-side holding portions 29, 29, which are flush with the body portion 21, extend from both sides in the width direction on the tip side in the axis O direction of the body portion 21, respectively.
  • the element contact part 22 is folded back from the front end of the main body part 21 toward the sensor element 10, and is elastically connected to the electrode pad 11a (see FIGS. 1 and 5) at the contact point P1.
  • the element contact portion 22 is elastically bent in the radial direction with respect to the main body portion 21 to generate a pressing force D.
  • the element contact portion 22 includes a flat main surface 22m including the contact point P1 and facing the sensor element 10 and in contact with the electrode pad 11a, and an end portion in the width direction of the distal end terminal fitting 20. Of these, at least one end has a slope 22s connected to the main surface 22m and expanding toward the opposite side in the thickness direction of the element contact portion 22. In FIG. 2, the slopes 22 s are formed at both ends in the width direction of the distal end side terminal fitting 20.
  • the distal terminal fitting 30 extends in the direction of the axis O as a whole, and has a connection portion 33 connected to the rear terminal fitting 40 and a substantially plate-shaped connecting portion connected to the distal end of the connection portion 23. It has a body 31 and an element contact portion 32 that is folded back toward the sensor element 10 at the distal end of the body 31.
  • the distal end terminal fitting 30 can be manufactured by, for example, punching out a single metal plate (Inconel (registered trademark) or the like) and then bending it into a predetermined shape, but is not limited thereto.
  • the connecting portion 33 has a cylindrical shape similar to that of the connecting portion 23, and similarly to the connecting portion 23, the rear end terminal fitting 40 is inserted and connected in its own cylinder.
  • the main body 31 has an L-shaped cross section, and the outside in one width direction of the main body 31 is folded back toward the sensor element 10 by 90 degrees to form a position holding section 35.
  • the connecting portion 33 is integrally connected to the rear end of the main body 31.
  • the main body 31 secures the strength of the distal terminal fitting 30 as a base of the distal terminal fitting 30.
  • the element contact portion 32 is folded back from the front end of the main body portion 31 toward the sensor element 10 and is elastically connected to the electrode pad 11a (see FIGS. 1 and 5) at the contact point P2.
  • the element contact portion 32 is elastically bent in the radial direction with respect to the main body portion 31 and generates a pressing force D.
  • the element contact portion 32 includes a flat main surface 32m including the contact point P2 and opposed to the sensor element 10 and in contact with the electrode pad 11a, and an end portion in the width direction of the distal end terminal fitting 20. Of these, at least one end is provided with a slope 32s which is connected to the main surface 32m and expands toward the opposite side in the thickness direction of the element contact portion 32. In FIG. 3, the slope 32 s is formed only at one end in the width direction of the distal end side terminal fitting 30 (the right side in FIG. 3).
  • the rear end side terminal fitting 40 extends in the direction of the axis O as a whole, and has a substantially crimped terminal portion 47 connected to the lead wire 146 and a substantially plate-shaped connected to the distal end side of the crimped terminal portion 47.
  • the rear end side terminal fitting 40 can be manufactured by, for example, punching out one metal plate (SUS304 or the like) and then bending it into a predetermined shape, but is not limited thereto.
  • the tip portion 43 has a cylindrical shape and is sharpened toward the tip. Then, the distal end portion 43 is inserted into the cylinder of the connection portions 23 and 33, and the rear end side terminal fitting 40 is electrically connected to the front end side terminal fittings 20 and 30.
  • the large-diameter portion 45 is larger in diameter than the crimp terminal portion 47 and the distal end portion 43, and a rear-facing surface 45 e of the large-diameter portion 45 is exposed radially outward from the crimp terminal portion 47.
  • the distal terminal fittings 20 and 30 are assembled to the distal separator 90.
  • the distal end holding portion 29 of the distal end terminal fitting 20 is located behind the distal end separator 90.
  • the distal end side terminal fitting 20 is held in the distal end side separator 90 by contacting the end facing surface 90 s to prevent the distal end side terminal fitting 20 from coming off to the distal end side.
  • the distal end of the position holding portion 35 of the distal end terminal fitting 30 is set to a predetermined rear end facing surface of the distal end separator 90.
  • the connection parts 23 and 33 protrude to the rear end side of the distal-side separator 90 in a state where the distal-side terminal fittings 20 and 30 are held in the distal-side separator 90.
  • the rear end side separator 95 has six insertion holes 95h arranged in the circumferential direction (only two insertion holes 95h are shown in FIG. 6).
  • the insertion hole 95h has a large diameter at the distal end side, and has a stepwise reduced diameter near the center in the direction of the axis O, and this step portion forms a surface 95s facing the distal end.
  • the lead wire 146 is passed through the front end side of the insertion hole 95 h in advance, and the lead wire 146 is connected to the rear end side terminal fitting 40 at the front end side of the rear end side separator 95.
  • the large diameter portion 45 of the rear end side terminal fitting 40 is formed.
  • the rear end-facing surface 45e (see FIG. 4) abuts on the front end-facing surface 95s to prevent the rear end-side terminal fitting 40 from coming off to the rear end side. Is held.
  • the front end side of the front end portion 43 of the rear end side terminal fitting 40 protrudes from the front end facing surface of the rear end side separator 95.
  • the outer diameter of the large-diameter portion 45 is slightly smaller than the inner diameter of the insertion hole 95h, and the large-diameter portion 45 engages with the insertion hole 95h to hold the rear end terminal fitting 40 in the rear end separator 95.
  • a concave portion 90r is formed on the surface of the front end separator 90 facing the rear end along the width direction of the sensor element. Further, two convex portions 95p projecting along the width direction of the sensor element are formed on the outer peripheral side of the front end facing surface of the rear end side separator 95. Therefore, as shown in FIG. 6B, after the front end terminal fittings 20 and 30 are assembled to the front end side separator 90 and the rear end side terminal fitting 40 is assembled to the rear end side separator 95, the concave portion 90r is replaced with the convex portion 95p.
  • the front-end-side separator 90 and the rear-end-side separator 95 are connected to each other.
  • FIGS. 7 is a cross-sectional view of the element contact portion 22 of the distal end terminal fitting 20 at the center in the width direction
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the element contact portion 32 of the distal end terminal fitting 30 at the width direction end
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing a positional relationship with the electrode pad 11a when the contact portion 22 is displaced so as to be tilted.
  • FIG. 10 shows an electrode pad 11a at an end of the sensor element 10 when the element contact portion 32 is displaced in the width direction.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a bending amount of the element contact portion 22 when the slope 22s of the element contact portion 22 contacts the electrode pad 11a.
  • 7 and 8 are cross-sectional views along the width direction of the element contact portions 22 and 32, respectively.
  • the element contact portion 22 includes the above-described main surface 22m and two slopes 22s.
  • the element contact portion 22 has a side surface 22a that is connected to the slope 22s and faces outward in the width direction, and the main surface 22m and the opposite surface 22b in the thickness direction of the slope 22s are flat.
  • a slope 22s may be formed from a flat plate serving as the element contact portion 22 by sheet metal pressing. Good.
  • the hardness of the slope 22s becomes higher than the hardness of the main surface 22m due to the work hardening.
  • the hardness can be measured with a micro-Vickers hardness meter, and the unit of the hardness is HV, but another unit may be used.
  • the portion including the contact point P1 is a flat surface at the center in the width direction of the distal end terminal fitting 20, it is the main surface 22m. If the portion including the contact point P1 is an end portion directed from the flat surface at the center in the width direction to the opposite side in the thickness direction, it is the inclined surface 22s. The same applies to a main surface 32m described later.
  • the element contact portion 32 includes the above-described main surface 32m and one inclined surface 32s. Similarly to the element contact portion 22, the element contact portion 32 has a side surface 32a that is connected to the slope 32s and faces outward in the width direction, and the main surface 32m and the opposite surface 32b in the thickness direction of the slope 32s are flat. is there.
  • the operation and effect of the element contact portion 22 having the slope 22s will be described.
  • the main surface 22m of the element contact portion 22 is electrically connected to the electrode pad 11a by a pressing force (FIG. 9A).
  • the element contact portion 22 may be displaced so as to be inclined with respect to the electrode pad 11a (FIG. 9B).
  • the corner V1 contacts the outer surface 10s of the sensor element 10 adjacent to the electrode pad 11a, and the element contact portion 22 Rises up from the electrode pad 11a, making it impossible to secure a contact.
  • the element contact portion 32 having the slope 32 s.
  • the element contact portion 32 contacts the electrode pad 11a at the end (left end) of the sensor element 10, and even if the element contact portion 32 is inclined counterclockwise, There is no abutable surface to the left. Therefore, the slope 32s may not be provided on the end side (the left side in FIG. 10) of the sensor element 10 in the element contact part 32.
  • the main surface 32m of the element contact portion 32 is electrically connected to the electrode pad 11a by pressing force (FIG. 10A).
  • the contact with the electrode pad 11a can be secured by suppressing the contact with the outer surface 10s of the sensor element 10 by the slope 32s in FIG. This is the same as described for the contact part 22.
  • the sensor element 10 has a chamfered portion 10c at a corner in the width direction, and has an electrode pad 11a adjacent to the chamfered portion 10c.
  • the chamfered angle of the chamfered portion 10c (the angle formed with the surface of the electrode pad 11a) is ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 2 formed by the inclined surface 32s with the main surface 32m satisfies the relationship of ⁇ 1> ⁇ 2. Note that ⁇ 1 ⁇ 90 degrees.
  • the element contact portion 32 may be shifted in the width direction so as to be separated from the end of the sensor element 10 (FIG. 10B). )). In this case, if ⁇ 1 ⁇ 2, the slope 32s comes into contact with the chamfered portion 10c at the end of the electrode pad 11a, and the element contact portion 32 rises up from the electrode pad 11a, making it impossible to secure a contact.
  • ⁇ 1> ⁇ 2 a gap G is formed between the inclined surface 32s and the chamfered portion 10c by the opening angle ( ⁇ 1 ⁇ 2), so that the inclined surface 32s comes into contact with the chamfered portion 10c and the electrode pad is formed. It can be suppressed that the contact cannot be secured due to floating from the contact 11a.
  • the element contact portion 32 does not reach the electrode pad 11a even when ⁇ 1> ⁇ 2, and the slope 32s is formed at the corner of the chamfered portion 10c (described later). And comes out of the electrode pad 11a in contact with the boundary portion B). That is, the electrode pad 11a needs to be somewhat close to the chamfered portion 10c. Therefore, it is necessary to define ⁇ 1> ⁇ 2 and also specify the positional relationship between the electrode pad 11a and the chamfered portion 10c.
  • the end portion 11e of the electrode pad 11a and the chamfered portion 10c are formed by simultaneous cutting or the like, and the surface of the electrode pad 11a is formed. Is equal to the chamfer angle ⁇ 1, but may be an angle different from ⁇ 1 (for example, 90 degrees).
  • the distance L3 between the boundary B shown in FIG. 25 and the end 11e of the electrode pad 11a needs to be shorter than the length L2 parallel to the outer surface 10s of the slope 32s.
  • the distance L3> the distance L2 when the distance L3> the distance L2, when the slope 32s is shifted from the boundary B in the width direction and tries to contact the chamfered portion 10c, the element contact portion 32 (slope) 32s) does not reach the end 11e of the electrode pad 11a, so that a contact cannot be secured.
  • ⁇ 1 to ⁇ 3, L2, and L3 are defined.
  • the function and effect of the element contact portion 22 having the side surface 22a will be described.
  • a thickness t1 of the slope 22s and a thickness t2 of the side surface 22a are set.
  • t1 ⁇ t2 is satisfied.
  • FIG. 11A when the side surface 22a is provided, the contact point P1 between the inclined surface 22s and the electrode pad 11a is at the end of the inclined surface 22s (even when the inclined surface 22s is farthest from the main body 21 of the distal end terminal fitting 20). (The boundary with the side surface 22a).
  • the amount of deflection of the element contact portion 22 (distance from the main body portion 21) is R1.
  • the deflection amount of the element contact portion 22 is R2, but R2> R1 by t2.
  • the element contact portion 22 has the side surface 22a, the reduction of the spring force and the contact pressure of the element contact portion 22 is suppressed, and the connection reliability is improved. In particular, when t1 ⁇ t2 is satisfied, the reduction of the spring force and the contact pressure of the element contact portion 22 can be further suppressed.
  • the opposite surfaces 22b of the element contact portions 22 are flat.
  • Such a flat surface is obtained by, for example, forming the slope 22s by forging, and the main surface 22m and the slope 22s are thicker than the case where the slope is formed by press working as shown in FIGS. Become.
  • spring back of the main surface 22m and the slope 22s is suppressed, and the shape of the slope 22s can be accurately maintained.
  • the element contact portion 32 is the same applies to the element contact portion 32.
  • the overall length L1 in the width direction of the distal end terminal fitting 20 and the length F1 in the width direction of the main surface 22m satisfy the relationship of F1 / L1 ⁇ 0.8.
  • the slope 22s can be formed at an appropriate angle with respect to the main surface 22m. If F1 / L1> 0.8, the angle of the slope 22s approaches a right angle to the main surface 22m, and the effect of suppressing the contact of the sensor element 10 with the outer surface 10s by the slope 32s may be reduced. .
  • the shape of the element contact portion is not limited to the above embodiment.
  • the cross section in the width direction of the element contact portion 202 may be a parallelogram.
  • the slope 202s is connected to only one end of the main surface 202m, and the total length L1 is the maximum length of the element contact portion 202 in the width direction.
  • the element contact portion 204 may not have a side surface.
  • the element contact portion 204 has a main surface 204m and two slopes 204s connected to both ends of the main surface 204m, respectively, and the opposite surface 204b in the thickness direction of the main surface 204m and the slope 204s is flat.
  • the element contact portions 206 and 208 may be formed by, for example, press working, and the opposite surfaces 206b and 208b may not be flat.
  • the element contact portion 206 in FIG. 14 does not have a side surface
  • the element contact portion 208 in FIG. 15 has a side surface 208a.
  • the slopes 210s and 212s may be curved surfaces.
  • the element contact part 210 of FIG. 16 is formed by forging and the opposite surface 210b is flat
  • the element contact part 212 of FIG. 17 is formed by pressing, and the opposite surface 212b is not flat.
  • terminal fittings are not divided into two pieces, and may have an integral structure that is not separated into a front end side and a rear end side.
  • gas sensor examples include an oxygen sensor and an entire area gas sensor in addition to the NOx sensor.

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Abstract

センサ素子の電極パッドに対して端子金具がズレても両者の電気的接続を確保することができるガスセンサを提供する。軸線Ｏ方向に延びる板状をなし、後端側の外表面１０ｓに電極パッド１１ａを有するセンサ素子１０と、軸線方向に延び、電極パッドに電気的に接続される端子金具２０、３０と、を備えたガスセンサ１であって、端子金具は、本体部２１と、本体部から電極パッドに向かって折り返されて弾性的に撓み、自身の一部が電極パッドと当接する素子当接部２２、３２とを有し、素子当接部は、センサ素子に対向する平坦な主面２２ｍ、３２ｍと、端子金具の幅方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に、主面に繋がりつつ素子当接部の厚み方向反対側に向かって広がる斜面２２ｓ、３２ｓとを備える。

Description

ガスセンサ
本発明は、被検出ガスの濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
自動車等の排気ガス中の酸素やＮＯｘの濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いた板状のセンサ素子を有するものが知られている。







　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）。　
図１８に示すように、端子金具３００は、例えば金属板を切り起こした短冊状をなし、その先端側がセンサ素子の電極パッド４０２に向かって折り返されて電極パッド４０２に押圧力Ｄで弾性的に接続する素子当接部３１０を備えている。
特開２０１８－９９５８号公報（図２、図３）
ところで、図１９に示すように、電極パッド４０２に対して素子当接部３１０の幅Ｗ１が狭すぎると、接点を安定して確保できなかったり、ガスセンサの組付け時や走行振動等により素子当接部３１０が幅方向にズレ、センサ素子４００の端部から脱落するおそれがある。







　一方、図２０に示すように、電極パッド４０２に対して素子当接部３１０の幅Ｗ２を広くすると、素子当接部３１０が幅方向にズレてもセンサ素子４００の端部に引っ掛かるので、センサ素子４００からの脱落を抑制できる。







　しかしながら、電極パッド４０２に対して素子当接部３１０が傾くようにズレた場合に、素子当接部３１０の幅方向端部３１０ｅが電極パッド４０２に隣接するセンサ素子４００の表面に当接して素子当接部３１０が電極パッド４０２から浮き上がり、接点３００Ｐが確保できなくなるおそれがある。又、見かけ上接点３００Ｐが確保されても、端部３１０ｅがセンサ素子４００の表面に押され、押圧力Ｄが減少して接点圧力が低下し、接点３００Ｐの接続信頼性が低下する。　
そこで、本発明は、センサ素子の電極パッドに対して端子金具がズレても両者の電気的接続を確保することができるガスセンサを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、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、を備えたガスセンサであって、前記端子金具は、本体部と、該本体部から前記電極パッドに向かって折り返されて弾性的に撓み、自身の一部が前記電極パッドと当接する素子当接部とを有し、前記素子当接部は、前記センサ素子に対向する平坦な主面と、前記端子金具の幅方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に、前記主面に繋がりつつ前記素子当接部の厚み方向反対側に向かって広がる斜面とを備えることを特徴とする。　
ガスセンサの組付け時や、ガスセンサを搭載した車両の走行時の振動等により、電極パッドに対して素子当接部が傾くようにズレることがある。この場合、素子当接部が斜面を備えないと仮定すると、その角部が電極パッドに隣接するセンサ素子の表面に当接し、素子当接部が電極パッドから浮き上がり、接点が確保できなくなる。







　そこで、このガスセンサによれば、斜面を設けることで、素子当接部が傾いてもセンサ素子の表面に当接しずらく、素子当接部が電極パッドから浮き上がって接点が確保できなくなることを抑制できる。又、素子当接部が傾いてもセンサ素子の表面に当接しずらくなることから、その分だけ素子当接部を幅広にできるので、素子当接部が幅方向にズレても、センサ素子の端部から脱落することを抑制できる。







　これらの作用により、電極パッドに対して端子金具がズレても（傾く方向のズレや、幅方向のズレ）両者の電気的接続を確保することができる。　
本発明のガスセンサにおいて、前記素子当接部は、前記斜面が形成された前記端部において、前記斜面に繋がり前記幅方向の外側を向く側面を有してもよい。







　側面を有する場合には、斜面と電極パッドとの接点は、端子金具の本体部から最も遠い場合でも斜面の終端（斜面と側面との境界）となる。一方、側面が無いと、斜面が素子当接部の厚み方向反対側まで形成されるので、斜面と電極パッドとの接点は、端子金具の本体部から最も遠い場合に素子当接部の厚み方向反対側に達する。つまり、側面が無いと、本体部からの素子当接部の撓み量が大きくなって本体部から素子当接部がより伸びてしまい、素子当接部のバネ力が減じられて接点圧力が低下する傾向にある。







　従って、このガスセンサによれば、素子当接部が側面を備えることで、素子当接部のバネ力及び接点圧力の減少を抑制し、接続信頼性が向上する。　
本発明のガスセンサにおいて、前記素子当接部の厚み方向に見たとき、前記斜面の厚みｔ１、前記側面の厚みｔ２が、ｔ１＜ｔ２を満たしてもよい。







　このガスセンサによれば、ｔ１＜ｔ２を満たすことで、素子当接部のバネ力及び接点圧力の減少をさらに抑制できる。　
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子は、幅方向における角部に面取り部を有し、前記斜面は、前記面取り部に隣接する前記電極パッドのうち、当該面取り部と反対側に対応する側の前記端部に少なくとも形成され、前記センサ素子の前記面取り部の面取り角θ１としたとき、前記斜面が前記主面となす角θ２が、θ１＞θ２の関係を満たすと共に、（１）前記電極パッドの端部は、前記センサ素子の前記外表面と前記面取り部との境界部と接するか、又は、（２）前記電極パッドの前記面取り部側の端部が前記境界部と離間し、かつ前記端部の前記素子当接部側の角部と、前記境界部とを結ぶ仮想線分が前記外表面となす角度をθ３としたときにθ３＞θ２の関係を満たし、前記境界部と前記端部との距離Ｌ３が、前記斜面の前記外表面に平行な長さＬ２よりも短くてもよい。　
素子当接部がセンサ素子の端部から離れるように幅方向にズレた場合、θ１＜θ２とすると、斜面がセンサ素子の端部の面取り部に当接して素子当接部が電極パッドから浮き上がり、電極パッドとの電気的接続が切断される場合がある。







　そこで、このガスセンサによれば、θ１＞θ２とすることで、斜面と面取り部との間に開き角（θ１－θ２）の分だけ隙間が形成されるので、斜面が面取り部に当接して電極パッドから浮き上がって接点が確保できなくなることを抑制できる。　
本発明のガスセンサにおいて、前記素子当接部において、前記主面及び前記斜面の厚み方向の反対面が平坦であってもよい。







　このような平坦面は、例えば斜面を板金プレス加工で形成して得られ、プレス加工で斜面を形成する場合に比べ、主面や斜面が厚肉となる。その結果、主面や斜面がスプリングバックすることが抑制され、斜面の形状を精度良く保つことができる。　
本発明のガスセンサにおいて、前記斜面の硬度が、前記主面の硬度より高くてもよい。







　平坦面が存在するよう、例えば斜面を板金プレス加工で形成した場合、加工硬化により、斜面の硬度が主面の硬度より高くなる。　
本発明のガスセンサにおいて、前記端子金具の幅方向の全長Ｌ１、前記主面の幅方向の長さＦ１が、Ｆ１/Ｌ１≦０．８の関係を満たしてもよい。







　このガスセンサによれば、斜面を主面に対して適切な角度で形成することができる。Ｆ１/Ｌ１＞０．８であると、斜面の角度が主面に対して直角に近づき、斜面によってセンサ素子の表面への当接を抑制する効果が少なくなる場合がある。　
本発明のガスセンサにおいて、前記センサ素子の少なくとも一方の面において、前記端子金具が幅方向に２個以上離間して並んでもよい。







　端子金具が幅方向に２個以上並ぶ場合、素子当接部や電極パッドの幅方向寸法が制限され、電極パッドに対して端子金具がズレやすいので、本発明がより有効である。
この発明によれば、センサ素子の電極パッドに対して端子金具がズレても両者の電気的接続を確保することができるガスセンサが得られる。
本発明の実施形態に係るガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。 先端側端子金具の斜視図である。 別の先端側端子金具の斜視図である。 後端側端子金具の斜視図である。 先端側端子金具を先端側セパレータに保持した状態を示す断面図である。 先端側セパレータと後端側セパレータの組み付けを示す工程図である。 幅方向中央の先端側端子金具の素子当接部の断面図である。 幅方向端部の先端側端子金具の素子当接部の断面図である。 図７の素子当接部が傾くようにズレた場合の、電極パッドとの位置関係を表す図である。 図８の素子当接部が幅方向にズレた場合の、センサ素子の端部の電極パッドとの位置関係を表す図である。 図７の素子当接部の斜面が電極パッドと当接した場合の、素子当接部の撓み量を表す図である。 素子当接部の変形例を示す図である。 素子当接部の別の変形例を示す図である。 素子当接部のさらに別の変形例を示す図である。 素子当接部のさらに別の変形例を示す図である。 素子当接部のさらに別の変形例を示す図である。 素子当接部のさらに別の変形例を示す図である。 従来の端子金具の斜視図である。 従来の端子金具が幅方向にズレた場合の、センサ素子の端部の電極パッドとの位置関係を表す図である。 従来の端子金具が傾くようにズレた場合の、電極パッドとの位置関係を表す図である。 電極パッドが面取り部から離れ、素子当接部が電極パッドに届かず、接点を確保できない状態を示す図である。 電極パッドが面取り部に接している場合に、素子当接部が電極パッドに接点を確保した状態を示す図である。 電極パッドが面取り部から離間している場合に、θ３を示す図である。 θ３≦θ２の場合に、素子当接部が電極パッドに届かず、接点を確保できない状態を示す図である。 Ｌ３＞Ｌ２の場合に、素子当接部が電極パッドに届かず、接点を確保できない状態を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。







　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は先端側端子金具２０、３０の斜視図、図４は後端側端子金具４０の斜視図、図５は先端側端子金具２０、３０を先端側セパレータ９０に保持した状態を示す断面図、図６は、先端側セパレータ９０の所定の断面と、後端側セパレータ９５の所定の断面から見た、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５の組み付けを示す工程図である。







　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。　
図１において、ガスセンサ１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Ｏ方向（ガスセンサ１の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子１０と、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、自身の先端側の内部空間に、センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセラミック製筒状の先端側セパレータ９０と、先端側セパレータ９０を軸線Ｏ方向に貫通する挿通孔９０ｈに挿通されて保持される６個の先端側端子金具２０、３０（図１では、４個のみを図示）と、セラミック製筒状の後端側セパレータ９５と、後端側セパレータ９５に保持される６個の後端側端子金具４０（図１では、２個のみを図示）と、を備えている。







　又、後述するように、後端側セパレータ９５は、先端側セパレータ９０の後端側に接して配置され、互いに接続されている。







　先端側端子金具２０、３０と、後端側端子金具４０とはそれぞれ先端側と後端側に配置されて互いに接続されている。先端側端子金具２０、３０が「特許請求の範囲の「端子金具」に相当する。　
なお、図５に示すように、先端側セパレータ９０の挿通孔９０ｈに保持された各先端側端子金具２０、３０がセンサ素子１０の後端側の外表面に対向し、この外表面に形成された電極パッド１１ａに電気的に接続される。







　また、電極パッド１１ａ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。　
主体金具１３８は、ステンレスから構成され、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。この貫通孔１５４には、センサ素子１０の先端部を自身の先端よりも突出させるように当該センサ素子１０が配置されている。さらに、棚部１５２は、軸線方向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。　
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で略環状形状のアルミナ製のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３（以下、滑石リング１５３ともいう）、および上述の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。　
一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重のプロテクタである、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が溶接等によって取り付けられている。　
主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、後端側端子金具４０の後端側にはそれぞれリード線１４６が接続され、リード線１４６は後端側セパレータ９５の後端側へ引き出されている。







　そして、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、後端側セパレータ９５から引き出された６本のリード線１４６（図１では２本のみを表示）が挿通されるリード線挿通孔１７０ｈが形成された、ゴム製のグロメット１７０が配置されている。　
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、先端側セパレータ９０が配置され、外表面から径方向外側に突出する鍔部９０ｐが備えられている。先端側セパレータ９０は、鍔部９０ｐが保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に保持される。







　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は、外筒１４４の内部に互いに接続された状態で（つまり、軸線Ｏ方向に分離せずに）保持されている。　
図２、図３はそれぞれ先端側端子金具２０、３０の斜視図を示す。本実施形態では２つの種類の先端側端子金具２０、３０が用いられる。







　なお、図５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５の左上の位置Ｉ）を用いて説明する。







　ここで、図５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５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５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。　
又、２本の先端側端子金具２０はいずれも先端側セパレータ９０内で対向する先端側端子金具２０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２０（図５の上の位置）を用いて説明する。







　ここで、図５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。　
図２に示すように、先端側端子金具２０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側端子金具４０に接続される接続部２３と、接続部２３の先端側に繋がる略板状の本体部２１と、本体部２１の先端側でセンサ素子１０に向かって折り返される素子当接部２２と、を一体に備えている。







　先端側端子金具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。　
接続部２３は断面Ｃ字の円筒状をなし、この筒内に、先端が断面Ｃ字の円筒状の後端側端子金具４０が嵌挿されて接続されている。この場合、先端側端子金具２０は後端側端子金具４０を介してリード線１４６に間接的に接続されることとなる。　
本体部２１の軸線Ｏ方向中央の幅方向両側の外側が、センサ素子１０側へ９０度折り返されて断面コの字の保持部２７を形成している。そして、本体部２１の後端側に接続部２３が一体に接続されている。本体部２１は、先端側端子金具２０のベース部として先端側端子金具２０の強度を確保している。







　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保持部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保持部２９、２９が延びている。　
素子当接部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１１ａ（図１、図５参照）に接点Ｐ１にて弾性的に接続する。なお、素子当接部２２は、本体部２１に対して径方向に弾性的に撓み、押圧力Ｄを生じるようになっている。







　さらに、詳しくは後述するが、素子当接部２２は、接点Ｐ１を含みセンサ素子１０に対向して電極パッド１１ａと当接する平坦な主面２２ｍと、先端側端子金具２０の幅方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に、主面２２ｍに繋がりつつ素子当接部２２の厚み方向反対側に向かって広がる斜面２２ｓとを備える。







　なお、図２では、斜面２２ｓは先端側端子金具２０の幅方向の両端部に形成されている。　
又、図３に示すように、先端側端子金具３０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側端子金具４０に接続される接続部３３と、接続部２３の先端側に繋がる略板状の本体部３１と、本体部３１の先端側でセンサ素子１０に向かって折り返される素子当接部３２と、を一体に備えている。







　先端側端子金具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。







　接続部３３は、接続部２３と同様な円筒状をなし、接続部２３と同様、自身の筒内に後端側端子金具４０が嵌挿されて接続されている。　
本体部３１は断面Ｌ字状になっていて、本体部３１の一方の幅方向の外側が、センサ素子１０側へ９０度折り返されて位置保持部３５を形成している。そして、本体部３１の後端側に接続部３３が一体に接続されている。本体部３１は、先端側端子金具３０のベース部として先端側端子金具３０の強度を確保している。　
素子当接部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（図１、図５参照）に接点Ｐ２にて弾性的に接続する。なお、素子当接部３２は、本体部３１に対して径方向に弾性的に撓み、押圧力Ｄを生じるようになっている。







　さらに、詳しくは後述するが、素子当接部３２は、接点Ｐ２を含みセンサ素子１０に対向して電極パッド１１ａと当接する平坦な主面３２ｍと、先端側端子金具２０の幅方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に、主面３２ｍに繋がりつつ素子当接部３２の厚み方向反対側に向かって広がる斜面３２ｓとを備える。







　なお、図３では、斜面３２ｓは先端側端子金具３０の幅方向の一方の端部のみ（図３の右側）に形成されている。　
一方、図４に示すように、後端側端子金具４０は全体として軸線Ｏ方向に延び、リード線１４６に接続される圧着端子部４７と、圧着端子部４７の先端側に繋がる略板状の頸部４１と、頸部４１の先端側に繋がり板を断面Ｃ字状に折り曲げた円筒状の径大部４５と、径大部４５の先端側に繋がり板を断面Ｃ字状に折り曲げた円筒状の先端部４３と、を一体に備えている。







　後端側端子金具４０は、例えば１枚の金属板（ＳＵＳ３０４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。







　先端部４３は円筒状をなし、先端に向かって尖っている。そして、接続部２３、３３の筒内に、先端部４３が嵌挿され、後端側端子金具４０が先端側端子金具２０、３０と電気的に接続されるようになっている。







　径大部４５は、圧着端子部４７及び先端部４３よりも径大であり、径大部４５の後端向き面４５ｅが圧着端子部４７よりも径方向外側に露出している。　
そして、図５に示すようにして、先端側セパレータ９０に先端側端子金具２０、３０を組み付ける。ここで、図６（ａ）に示すように、挿通孔９０ｈに後端側から先端側端子金具２０が挿通されると、先端側端子金具２０の先端側保持部２９が先端側セパレータ９０の後端向き面９０ｓに当接して先端側端子金具２０の先端側への抜けを防止し、先端側端子金具２０が先端側セパレータ９０内に保持される。







　同様に、図示しないが、挿通孔９０ｈに後端側から先端側端子金具３０が挿通されると、先端側端子金具３０の位置保持部３５の先端が先端側セパレータ９０の所定の後端向き面に当接して先端側端子金具３０の先端側への抜けを防止し、先端側端子金具３０が先端側セパレータ９０内に保持される。







　なお、先端側端子金具２０、３０が先端側セパレータ９０内に保持された状態で、接続部２３、３３が先端側セパレータ９０の後端側へ突出している。　
一方、図６（ａ）に示すように、後端側セパレータ９５は周方向に並ぶ６個の挿通孔９５ｈ（図６では２個のみ表示）を有している。挿通孔９５ｈは先端側が径大で、軸線Ｏ方向中央近傍で段状に縮径しており、この段部が先端向き面９５ｓを形成している。







　そして、挿通孔９５ｈの先端側に予めリード線１４６を通し、後端側セパレータ９５の先端側でリード線１４６を後端側端子金具４０に接続しておく。次に、挿通孔９５ｈに先端側から後端側端子金具４０のリード線１４６側の一部を挿通してリード線１４６を後端側へ引き出すと、後端側端子金具４０の径大部４５の後端向き面４５ｅ（図４参照）が先端向き面９５ｓに当接して後端側端子金具４０の後端側への抜けを防止し、後端側端子金具４０が後端側セパレータ９５内に保持される。







　このとき、後端側端子金具４０の先端部４３の先端側（先端部４３の軸線Ｏ方向中央より先端側）が後端側セパレータ９５の先端向き面よりも突出している。







　又、径大部４５の外径は挿通孔９５ｈの内径よりわずかに小さく、径大部４５が挿通孔９５ｈに係合して後端側端子金具４０を後端側セパレータ９５内に保持する。　
そして、先端側セパレータ９０の後端向き面には、センサ素子の幅方向に沿って凹部９０ｒが形成されている。又、後端側セパレータ９５の先端向き面の外周側には、センサ素子の幅方向に沿って突出する２つの凸部９５ｐが形成されている。







　従って、図６（ｂ）に示すように、先端側セパレータ９０に先端側端子金具２０、３０を組み付け、後端側セパレータ９５に後端側端子金具４０を組み付けた後、凹部９０ｒを凸部９５ｐと係合させることで、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５とが互いに接続される。







　このとき、先端側セパレータ９０の後端側に突出した先端側端子金具２０の接続部２３に、後端側セパレータ９５の先端側に突出した後端側端子金具４０の先端部４３が嵌挿され、両端子金具が接続される。







　なお、図６においては、理解をし易くするために、セパレータ（先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５）内で対向する端子金具（先端側端子金具２０、３０及び後端側端子金具４０）の一方の図示を省略している。　
次に、図７～図１１を参照し、本発明の特徴部分について説明する。







　図７は幅方向中央の先端側端子金具２０の素子当接部２２の断面図、図８は幅方向端部の先端側端子金具３０の素子当接部３２の断面図、図９は素子当接部２２が傾くようにズレた場合の、電極パッド１１ａとの位置関係を表す図、図１０は素子当接部３２が幅方向にズレた場合の、センサ素子１０の端部の電極パッド１１ａとの位置関係を表す図、図１１は素子当接部２２の斜面２２ｓが電極パッド１１ａと当接した場合の、素子当接部２２の撓み量を表す図である。







　なお、図７、図８はそれぞれ素子当接部２２，３２の幅方向に沿う断面図である。　
図７に示すように、素子当接部２２は、上記した主面２２ｍと、２つの斜面２２ｓとを備えている。又、本実施形態では、素子当接部２２は、斜面２２ｓに繋がり幅方向の外側を向く側面２２ａを有すると共に、主面２２ｍ及び斜面２２ｓの厚み方向の反対面２２ｂが平坦である。







　なお、素子当接部２２の反対面２２ｂを平坦とするためには、例えば先端側端子金具２０を製造する際に、素子当接部２２となる平板から斜面２２ｓを板金プレス加工で形成すればよい。







　又、この場合、加工硬化により、斜面２２ｓの硬度が主面２２ｍの硬度より高くなる。硬度は、マイクロビッカース硬度計で測定することができ、硬度の単位はＨＶとするが他の単位でもよい。　
なお、ガスセンサ１に組付けられた状態の素子当接部２２を見たときに、接点Ｐ１を含む部位が先端側端子金具２０の幅方向中央の平坦面であれば、主面２２ｍである。又、接点Ｐ１を含む部位が幅方向中央の平坦面から厚み方向反対側に向かう端部であれば、斜面２２ｓである。後述する主面３２ｍも同様である。　
又、図８に示すように、素子当接部３２は、上記した主面３２ｍと、１つの斜面３２ｓとを備えている。又、素子当接部２２と同様に、素子当接部３２は、斜面３２ｓに繋がり幅方向の外側を向く側面３２ａを有すると共に、主面３２ｍ及び斜面３２ｓの厚み方向の反対面３２ｂが平坦である。　
次に、図９を参照し、素子当接部２２が斜面２２ｓを備えることによる作用効果を説明する。







　まず、通常は素子当接部２２の主面２２ｍが電極パッド１１ａに押圧力で電気的に接続している（図９（ａ））。







　ところが、ガスセンサ１の組付け時や、ガスセンサ１を搭載した車両の走行時の振動等により、電極パッド１１ａに対して素子当接部２２が傾くようにズレることがある（図９（ｂ））。この場合、素子当接部２２が斜面を備えないと仮定すると（図９の破線）、その角部Ｖ１が電極パッド１１ａに隣接するセンサ素子１０の外表面１０ｓに当接し、素子当接部２２が電極パッド１１ａから浮き上がり、接点が確保できなくなる。　
そこで、斜面２２ｓを設けることで、素子当接部２２が傾いてもセンサ素子１０の外表面１０ｓに当接しずらく、素子当接部２２が電極パッド１１ａから浮き上がって接点が確保できなくなることを抑制し、電極パッド１１ａに対して先端側端子金具２０が傾いても両者の電気的接続を確保することができる。







　又、素子当接部２２が傾いてもセンサ素子１０の表面に当接しづらくなることから、その分だけ素子当接部２２を幅広にできるので、素子当接部２２が幅方向にズレても、センサ素子１０の端部から脱落することを抑制できる。　
次に、図１０を参照し、素子当接部３２が斜面３２ｓを備えることによる作用効果を説明する。







　なお、素子当接部３２は、センサ素子１０の端部（左端）の電極パッド１１ａに当接するものであり、仮に素子当接部３２が左回りに傾いても、センサ素子１０の端部より左には当接しうる表面が存在しない。従って、素子当接部３２のうち、センサ素子１０の端部側（図１０の左側）には斜面３２ｓを設けなくてもよい。　
まず、通常は素子当接部３２の主面３２ｍが電極パッド１１ａに押圧力で電気的に接続している（図１０（ａ））。







　そして、素子当接部３２が右回りに傾いた場合に、斜面３２ｓによりセンサ素子１０の外表面１０ｓへの当接を抑制して電極パッド１１ａとの接点を確保できるのは、図９で素子当接部２２について説明したのと同様である。







　ここで、本実施形態では、センサ素子１０は幅方向における角部に面取り部１０ｃを有し、面取り部１０ｃに隣接して電極パッド１１ａを備えている。面取り部１０ｃの面取り角（電極パッド１１ａの表面とのなす角）をθ１とする。このとき、斜面３２ｓが主面３２ｍとなす角θ２が、θ１＞θ２の関係を満たすことが好ましい。

　なお、θ１＜９０度である。　
ガスセンサ１の組付け時や、ガスセンサ１を搭載した車両の走行時の振動等により、素子当接部３２がセンサ素子１０の端部から離れるように幅方向にズレることがある（図１０（ｂ））。この場合、θ１＜θ２とすると、斜面３２ｓが電極パッド１１ａの端部の面取り部１０ｃに当接して素子当接部３２が電極パッド１１ａから浮き上がり、接点が確保できなくなる。







　そこで、θ１＞θ２とすることで、斜面３２ｓと面取り部１０ｃとの間に開き角（θ１－θ２）の分だけ隙間Ｇが形成されるので、斜面３２ｓが面取り部１０ｃに当接して電極パッド１１ａから浮き上がって接点が確保できなくなることを抑制できる。　
但し、図２１に示すように、電極パッド１１ａが面取り部１０ｃから離れ過ぎると、θ１＞θ２としても素子当接部３２が電極パッド１１ａに届かず、斜面３２ｓが面取り部１０ｃの角部（後述する境界部Ｂ）に当接して電極パッド１１ａから浮き上がってしまう。つまり、電極パッド１１ａが面取り部１０ｃにある程度近接している必要がある。







　そこで、θ１＞θ２と規定すると共に、電極パッド１１ａと面取り部１０ｃとの位置関係についても規定する必要がある。　
（１）まず、図２２に示すように、電極パッド１１ａの端部１１ｅが面取り部１０ｃに接する場合は、斜面３２ｓが面取り部１０ｃに当接して電極パッド１１ａから浮き上がることがそもそもなく、接点を確保できる。







　ここで、「電極パッド１１ａの端部１１ｅが面取り部１０ｃに接する」とは、センサ素子１０の外表面１０ｓと、面取り部１０ｃとの境界部（面取り部１０ｃの角部）Ｂと、電極パッド１１ａの端部１１ｅとが接することをいう。







　又、図２２の例では、面取り前のセンサ素子１０に電極パッド１１ａを設けた後、電極パッド１１ａの端部１１ｅと面取り部１０ｃを同時に切削等して形成しており、電極パッド１１ａの表面とのなす角が面取り角θ１に等しいが、θ１と異なる角度（例えば９０度）であってもよい。　
（２）一方、図２３に示すように、電極パッド１１ａの端部１１ｅが面取り部１０ｃ（境界部Ｂ）から離間している場合は、以下の２つの規定が必要となる。







　（２－１）まず、電極パッド１１ａの端部１１ｅの素子当接部３２側の角部１１ｃと、境界部Ｂとを結ぶ仮想線分Ｖが、外表面１１ｓとなす角度をθ３とする。このとき、θ３＞θ２の関係を満たす必要がある。







　これは、図２４に示すように、例えば電極パッド１１ａの厚みを薄くして、θ３＜θ２になると、斜面３２ｓが電極パッド１１ａに当接する前に境界部Ｂに当接して電極パッド１１ａから浮き上がってしまい、接点を確保できなくなるからである。







　なお、θ３＝θ２の場合は、斜面３２ｓが電極パッド１１ａに当接すると同時に境界部Ｂに当接するため、接点は得られる。しかしながら、斜面３２ｓが境界部Ｂに当接していることにより、電極パッド１１ａへの接圧が低くなり、接続が不確実となってしまう。　
（２－２）次に、図２５に示す境界部Ｂと電極パッド１１ａの端部１１ｅとの距離Ｌ３が、斜面３２ｓの外表面１０ｓに平行な長さＬ２よりも短いことが必要である。







　これは、図２５に示すように、距離Ｌ３＞距離Ｌ２になると、斜面３２ｓが幅方向に境界部Ｂよりもズレて面取り部１０ｃに接触しようとしたときに、そもそも素子当接部３２（斜面３２ｓ）が電極パッド１１ａの端部１１ｅに届かないため、接点を確保できないからである。







　以上のように、θ１～θ３、Ｌ２，Ｌ３を規定する。　
次に、図１１を参照し、素子当接部２２が側面２２ａを備えることによる作用効果を説明する。







　図７に示すように、素子当接部２２の厚み方向に見たとき、斜面２２ｓの厚みｔ１、側面２２ａの厚みｔ２とする。又、本実施形態ではｔ１＜ｔ２を満たす。







　図１１（ａ）に示すように、側面２２ａを有する場合、斜面２２ｓと電極パッド１１ａとの接点Ｐ１は、先端側端子金具２０の本体部２１から最も遠い場合でも斜面２２ｓの終端（斜面２２ｓと側面２２ａとの境界）となる。このとき、素子当接部２２の撓み量（本体部２１からの距離）はＲ１となる。







　一方、図１１（ｂ）に示すように、側面２２ａが無い場合、斜面２２ｓが素子当接部２２の厚み方向反対側まで形成される（ｔ１＋ｔ２）。このため、斜面２２ｓと電極パッド１１ａとの接点Ｐ１は、先端側端子金具２０の本体部２１から最も遠い場合に素子当接部２２の厚み方向反対側に達する。このとき、素子当接部２２の撓み量はＲ２となるが、ｔ２の分だけＲ２＞Ｒ１となる。







　つまり、側面２２ａが無いと、本体部２１からの素子当接部２２の撓み量が大きくなって、本体部２１から素子当接部２２がより伸びてしまい、素子当接部２２のバネ力が減じられて接点圧力が低下する傾向にある。







　従って、素子当接部２２が側面２２ａを備えることで、素子当接部２２のバネ力及び接点圧力の減少を抑制し、接続信頼性が向上する。







　特に、ｔ１＜ｔ２を満たすと、素子当接部２２のバネ力及び接点圧力の減少をさらに抑制できる。　
図７に示すように、本実施形態では、それぞれ素子当接部２２の反対面２２ｂが平坦である。このような平坦面は、例えば斜面２２ｓを鍛造で形成して得られ、後述する図１４、図１５のようなプレス加工で斜面を形成する場合に比べ、主面２２ｍや斜面２２ｓが厚肉となる。







　その結果、主面２２ｍや斜面２２ｓがスプリングバックすることが抑制され、斜面２２ｓの形状を精度良く保つことができる。







　素子当接部３２についても同様である。　
又、図７に示すように、本実施形態では、先端側端子金具２０の幅方向の全長Ｌ１、主面２２ｍの幅方向の長さＦ１が、Ｆ１/Ｌ１≦０．８の関係を満たす。このようにすると、斜面２２ｓを主面２２ｍに対して適切な角度で形成することができる。







　Ｆ１/Ｌ１＞０．８であると、斜面２２ｓの角度が主面２２ｍに対して直角に近づき、斜面３２ｓによってセンサ素子１０の外表面１０ｓへの当接を抑制する効果が少なくなる場合がある。　
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。　
素子当接部の形状は上記実施形態に限定されない。







　例えば、図１２に示すように、素子当接部２０２の幅方向断面が平行四辺形であってもよい。この場合、主面２０２ｍの一端にのみ斜面２０２ｓが繋がり、全長Ｌ１は、素子当接部２０２の幅方向の最大長さとなる。







　又、図１３に示すように、素子当接部２０４が側面を有しなくてもよい。なお、素子当接部２０４は、主面２０４ｍと、主面２０４ｍの両端にそれぞれ繋がる２つの斜面２０４ｓとを有し、主面２０４ｍ及び斜面２０４ｓの厚み方向の反対面２０４ｂが平坦である。　
又、図１４、図１５に示すように、素子当接部２０６，２０８が例えばプレス加工で形成され、反対面２０６ｂ、２０８ｂが平坦でなくてもよい。なお、図１４の素子当接部２０６は側面を有さず、図１５の素子当接部２０８は側面２０８ａを有している。







　又、図１６、図１７に示すように、素子当接部２１０、２１２において、斜面２１０ｓ、２１２ｓが曲面であってもよい。なお、図１６の素子当接部２１０は鍛造で形成されて反対面２１０ｂが平坦であり、図１７の素子当接部２１２はプレス加工で形成され、反対面２１２ｂが平坦ではない。　
又、端子金具は２分割でなく、先端側と後端側に分離しない一体の構成としてもよい。







　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。
１　　　ガスセンサ







　１０　　　センサ素子







　１０ｃ　　　面取り部







　１０ｓ　　　センサ素子の外表面







　１１ａ　　　電極パッド







　１１ｅ　　　電極パッドの面取り部側の端部







　１１ｃ　　　電極パッドの端部の角部







　２０、３０　　　端子金具（先端側端子金具）







　２１、３１　　　本体部







　２２、３２、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２　　　素子当接部







　２２ｂ、３２ｂ、２０２ｂ、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂ、２１０ｂ、２１２ｂ　　　素子当接部の反対面







　２２ｍ、３２ｍ、２０２ｍ、２０４ｍ、２０６ｍ、２０８ｍ、２１０ｍ、２１２ｍ　　　主面







　２２ｓ、３２ｓ、２０２ｓ、２０４ｓ、２０６ｓ、２０８ｓ、２１０ｓ、２１２ｓ　　　斜面







　２２ａ、３２ａ、２０８ａ　　　側面







　Ｏ　　　軸線







　Ｂ　　　境界部







　Ｖ　　　仮想線分

Claims (8)

  1. 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、







    を備えたガスセンサであって、







    　前記端子金具は、本体部と、該本体部から前記電極パッドに向かって折り返されて弾性的に撓み、自身の一部が前記電極パッドと当接する素子当接部とを有し、







    　前記素子当接部は、前記センサ素子に対向する平坦な主面と、前記端子金具の幅方向の端部のうち、少なくとも一方の端部に、前記主面に繋がりつつ前記素子当接部の厚み方向反対側に向かって広がる斜面とを備えることを特徴とするガスセンサ。
  2. 前記素子当接部は、前記斜面が形成された前記端部において、前記斜面に繋がり前記幅方向の外側を向く側面を有することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 前記素子当接部の厚み方向に見たとき、前記斜面の厚みｔ１、前記側面の厚みｔ２が、ｔ１＜ｔ２を満たすことを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
  4. 前記センサ素子は、幅方向における角部に面取り部を有し、







    　前記斜面は、前記面取り部に隣接する前記電極パッドのうち、当該面取り部と反対側に対応する側の前記端部に少なくとも形成され、







    　前記センサ素子の前記面取り部の面取り角θ１としたとき、







    　前記斜面が前記主面となす角θ２が、θ１＞θ２の関係を満たすと共に、







    　（１）前記電極パッドの端部は、前記センサ素子の前記外表面と前記面取り部との境界部と接するか、又は、







    　（２）前記電極パッドの前記面取り部側の端部が前記境界部と離間し、かつ前記端部の前記素子当接部側の角部と、前記境界部とを結ぶ仮想線分が前記外表面となす角度をθ３としたときにθ３＞θ２の関係を満たし、前記境界部と前記端部との距離Ｌ３が、前記斜面の前記外表面に平行な長さＬ２よりも短いことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
  5. 前記素子当接部において、前記主面及び前記斜面の厚み方向の反対面が平坦であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
  6. 前記斜面の硬度が、前記主面の硬度より高いことを特徴とする請求項５に記載のガスセンサ。
  7. 前記端子金具の幅方向の全長Ｌ１、前記主面の幅方向の長さＦ１が、Ｆ１/Ｌ１≦０．８の関係を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のガスセンサ。
  8. 前記センサ素子の少なくとも一方の面において、前記端子金具が幅方向に２個以上離間して並ぶことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のガスセンサ。
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