JP2008298535A - センサ - Google Patents

Abstract

【課題】接続端子をセンサ素子に嵌め込む際に生じ得る電極部の欠損や摩耗を防止し、端子部と電極部との電気的な接続の安定性を得られるセンサを提供する。
【解決手段】センサ素子６の後端部６７に嵌め込まれる接続端子２の端子部２１には、内周面２１８から内向きに突出する突出部２２と、その突出部２２よりも先端２１５側に、センサ素子６の電極部７５と接触する接触部２１９を有している。端子部２１の嵌め込みは、突出部２２によって端子部２１の先端２１５や接触部２１９とセンサ素子６の外周面６９との間に間隙が形成された状態で行われるので、電極部７５の欠損や摩耗が防止される。そして突出部２２がセンサ素子６の収容部７７の形成位置に達して収容部７７内に収容されることで、接触部２１９と電極部７５とが接触して電気的な接続がなされる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、被検出体の検出を行うセンサ素子の出力を取り出すための接続端子がセンサ素子の後端側に嵌め込まれたセンサに関するものである。

従来、被検出体の検出を行うセンサ素子を備えたセンサの一例として、自動車の排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサが知られている。この酸素センサのセンサ素子としては、有底筒状に形成した固体電解質体の先端側に、固体電解質体を内側と外側から一対の電極で挟むようにして形成した検出部を有するものが知られている。このようなセンサ素子の後端側の外周面上には、検出部からの検出信号を取り出すための電極部が形成されている。そして検出部からの検出信号を外部回路に出力するためのリード線に接続された接続端子がセンサ素子の後端側に装着され、接続端子と電極部とが接触により電気的に接続されている。

上記したようにセンサ素子（酸素センサ素子）は筒状であり、後端側に設けた電極部（接続層）と接続端子（第２センサ端子金具）との接触を確実に行えるようにするためには、接続端子に筒状の端子部（把持部）を設け、その端子部を、センサ素子によって径方向外側へ押し広げながら、センサ素子の後端側に嵌め込むとよい（例えば、特許文献１参照。）。嵌め込み後には、センサ素子が端子部の内周面に包まれるように把持される形態となるので、接続端子と電極部との接触を良好に維持することができる。
特開２００４−５３４２５号公報

しかしながら、接続端子の端子部を径方向外側に押し広げつつセンサ素子の後端側に嵌め込めば、センサ素子の外周面は、周方向にわたって端子部の先端（嵌め込み方向の先端側の開口端）や内周面によって摺擦されることとなる。このため、嵌め込みの過程で端子部の先端が電極部に乗り上げたとき（つまり端子部の先端が電極部に当接しつつ径方向に重なる配置となったとき）や、乗り上げた後にさらに端子部がセンサ素子に嵌め込まれたとき、端子部の先端によって削られて電極部に欠損が生じたり、端子部の先端や内周面との摺擦によって電極部に摩耗が生じたりする虞があった。そして電極部が欠損したり摩耗したりすると電極部と端子部との接触が不確実となり、電気的な接続の安定性が得られなくなる虞があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、接続端子をセンサ素子に嵌め込む際に生じ得る電極部の欠損や摩耗を防止し、端子部と電極部との電気的な接続の安定性を得られるセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のセンサは、軸線方向に延び、先端側が閉じられた有底筒状をなし、先端側に、被検出体の検出を行うための検出部を有すると共に、自身の後端側の外周面上に、前記検出部の出力を取り出すための電極部が形成されたセンサ素子と、当該センサ素子の後端側の周方向を覆う筒状の端子部を有し、前記検出部からの検出信号を外部回路に出力する接続端子とを備え、前記端子部が前記センサ素子により径方向外側に押し広げられつつ前記センサ素子に嵌め込まれ、前記端子部と前記電極部とが接触するセンサにおいて、前記センサ素子には、前記電極部よりも前記軸線方向の後端側に、外周面から凹んだ収容部が設けられると共に、前記接続端子の前記端子部には、内周面から内向きに突出されつつ前記収容部内に収容される突出部と、前記端子部の前記突出部よりも先端側に形成され、前記電極部と接触する接触部とが設けられたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記接続端子の前記突出部は、複数部位に設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のセンサは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記端子部は、軸線方向に垂直な断面においてＣ字形状を有しており、前記突出部は、少なくとも前記端子部の前記内周面における周方向の一端部および他端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のセンサは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記接続端子の前記突出部は、軸線方向から見たときに、前記端子部の前記内周面における周方向の中間部に設けられていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のセンサは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記接続端子の前記突出部は、前記端子部の外周面を厚み方向に押し込んで、前記端子部の前記内周面を突出させたものであることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のセンサは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記センサ素子の前記収容部は、前記センサ素子の前記外周面を周方向に一周する溝状に形成され、前記電極部は、前記外周面を周方向に一周する帯状に形成されたことを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のセンサは、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記接続端子の前記接触部に、内向きに突出する接点部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明のセンサでは、センサ素子の電極部よりも軸線方向の後端側に、外表面から凹んだ収容部を設け、且つ端子部に、収容部内に収容される突出部と、突出部よりも先端側に設けた電極部と接触する接触部とを設けたので、センサ素子の後端側へ端子部を嵌め込む際には端子部の先端や接触部が電極部に接触することなく、端子部の先端や接触部を突出部によってセンサ素子の外周面から遠ざけた状態としたまま、端子部の嵌め込みを行うことができる。これにより端子部の嵌め込みの過程において、センサ素子の外周面上に設けられた電極部が端子部の先端で削られて欠損してしまったり、接触部と摺擦し摩耗してしまったりすることを防止することができる。そして突出部が収容部の形成位置に達して収容部内に収容されると、接触部をセンサ素子の外周面から遠ざけるものがなくなるので、突出部より先端側に形成された接触部と、収容部より先端側に設けられた電極部とを接触させて、電気的な接続を行うことができる。上記のように電極部の欠損や摩耗を防止することで、接触部と電極部との接触を良好に行うことができ、端子部と電極部との電気的な接続の安定性を得ることができる。

また、端子部は、径方向外側に押し広げられつつセンサ素子に嵌め込まれるため、嵌め込み後には、自身の内周面で径方向内向きにセンサ素子の外周面を押圧する形態となる。このため、接触部は電極部に対して十分な接触圧を得ることができ、接触部と電極部との間における電気的な接続の安定性をより高めることができる。また、嵌め込み後には突出部と収容部とが抜け防止として機能するため、接触部と電極部との接触状態を確実に維持することができる。

なお、端子部は、センサ素子の後端側を覆う筒状の形状であって、径方向外側に押し広げられる形状があればよく、端子部の軸線方向（センサ素子の軸線方向）にスリットが１つ入り軸線方向に垂直な断面がＣ字形状をなすものや、軸線方向にスリットが複数入った形状をなすものが好ましい。

そして請求項２に係る発明のように、端子部に複数の突出部を設ければ、端子部の先端や接触部とセンサ素子の外周面との間の間隙を複数箇所で支えて維持することができるので、電極部の欠損や摩耗の防止をより確実に行うことができる。

また、突出部は、端子部に周方向に複数並べられていてもよいし、軸線方向にずれて複数並べられていてもよい。さらに、突出部は、円筒状の凸部であってもよいし、端子部の周方向に連なるリング状であってもよい。

さらに、収容部についても、突出部と同様の形状でなくともよく、例えば、突出部が円筒状の凸部であるのに対して、収容部が素子の周方向に連なるリング状の凹部であってもよい。

また、断面Ｃ字形状の端子部がセンサ素子により径方向外側へ押し広げられつつセンサ素子の後端側に嵌め込まれた場合、端子部の周方向の一端部と他端部とは互いに遠ざけられる形態となるが、請求項３に係る発明のように、その一端部と他端部とに突出部を設ければ、端子部の周方向の縁端をセンサ素子の外周面から径方向に遠ざけることができるので、端子部の縁端により電極部が削られ欠損してしまうことを防止することができる。

さらに請求項４に係る発明のように、端子部の周方向の中間部にも突出部を設ければ、センサ素子の外周面に対し、少なくとも３点支持によって端子部の内周面を径方向に支えて両者間の間隙を維持することができる。つまり、端子部の内周面とセンサ素子の外周面との間に、センサ素子の周方向の一周にわたって間隙を設けることができるので、電極部に欠損や摩耗が生ずることを確実に防止することができる。

このような接続端子の端子部に突出部を設けるにあたって、請求項５に係る発明のように、端子部の外周面を厚み方向に押し込んで内周面を突出させれば、突出部を容易に形成することができる。これにより、端子部と別体に形成した突出部を端子部に接合することで接続端子を作製する場合と比べ、製造工程を減らし、また部品点数も減らして製造コストを低減することができる。

また、請求項６に係る発明では、センサ素子の電極部および収容部がセンサ素子の外周面を周方向に一周して設けられているので、端子部の嵌め込みの際に、端子部を嵌め込む向きを周方向において調整する必要がない。

そして請求項７に係る発明のように、接触部に接点部を形成すれば、端子部と電極部との接触が、当接面積の小さい接点部において抗力を生じつつ行われることとなるため、両者の電気的な接続の安定性を高めることができる。また、センサの使用時に振動等により端子部が径方向に応力を受け、接触部と電極部との間に隙間が生じた場合でも、接点部を介して接触部と電極部との間での電気的な接続を維持することができる。

以下、本発明を具体化したセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るセンサ一例として、自動車の排気ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素センサ１の構造について図１，図２を参照して説明する。図１は、酸素センサ１の構造を示す縦断面図である。図２は、センサ素子６の斜視図である。なお、図１に示す酸素センサ１は自動車の排気管（図示外）に取り付けられて使用されるものであり、軸線Ｏ方向において、排気管内に挿入されるセンサ素子６の先端部に向かう側（閉じている側であり図中下側）を先端側とし、これと反対方向に向かう側（図中上側）を後端側として説明するものとする。

図１に示す酸素センサ１は、細長で先が閉じられた筒状のセンサ素子６を主体金具５や外筒３、プロテクタ４などから構成されるハウジング１０内に配置した構造を有する。酸素センサ１からは、このセンサ素子６の出力する信号を取り出したり、センサ素子６に併設されるヒータ７への通電を行ったりするためのリード線１８が引き出されている。このリード線１８は、酸素センサ１とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）と電気的に接続されている。

図１，図２に示すように、酸素センサ１のセンサ素子６は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体を軸線Ｏ方向に延びる有底筒状に形成したものを基体６１として構成したものである。基体６１の軸線Ｏ方向略中央の位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部６５が設けられている。そのフランジ部６５よりも先端側の先端部６６は先端へ向けて徐々に縮径されており、先端部分が球面状に閉じられている。この先端部６６の外面上には、ＰｔまたはＰｔ合金からなる多孔質状の検出電極６２が、そのほぼ全面を覆うように形成されている。また、基体６１の内面（筒孔内の面）上にもＰｔまたはＰｔ合金からなる多孔質状の基準電極６３が、そのほぼ全面を覆うように形成されている。従って、基体６１の先端部６６においては検出電極６２と基準電極６３とが固体電解質体を挟んで対向する構成となっており、この部分がセンサ素子６において、酸素濃度の検出を行う検出部６４として機能する。この検出部６４は、酸素センサ１が自動車の排気管（図示外）に取り付けられたとき排気管内を流通する排気ガス中に晒される部分であるため、検出電極６２は、耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層（図示外）により被覆され、排気ガスによる被毒から保護されている。

また、センサ素子６の基体６１のフランジ部６５よりも後端側には、略同一の外径で後方へ延びる後端部６７が設けられており、後端６８にて開口されている。そして後端部６７の外周面６９上で、軸線Ｏ方向の中央よりも後端６８側の位置には、外周面６９上を周方向に一周する帯状の電極部７５が形成されている。電極部７５は検出部６４からの検出信号を取り出すための電極であり、センサ素子６の外周面に沿って軸線Ｏ方向に延設された電極引出部７６を通じて検出電極６２と接続されている。この電極部７５と電極引出部７６とは、例えばＰｔやＰｔ合金の導電性ペーストの印刷によって形成されている。

この電極部７５よりも軸線Ｏ方向の後端側には、外周面６９から凹んだ状態で電極部７５とともに外周面６９上を周方向に一周する溝状の収容部７７が形成されている。この収容部７７は、後述する接続端子２の端子部２１（図８参照）をセンサ素子６の後端部６７に嵌め込んだ際に、端子部２１の内周面２１８から内向きに突出する突出部２２（図８参照）を溝内に収容するために設けられたものである。

次に、図１に示すように、センサ素子６は自身の径方向周囲を筒状の主体金具５に取り囲まれた状態で、その主体金具５の筒孔５５内に保持されている。主体金具５はＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部（図示外）に螺合する雄ねじ部５２が形成されている。雄ねじ部５２よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ４が係合される先端係合部５６が形成されている。センサ素子６の検出部６４は、この先端係合部５６よりも先端側に突き出されている。

また、主体金具５の雄ねじ部５２の後端側には径方向に拡径された工具係合部５３が形成されており、酸素センサ１を排気管の取付部（図示外）に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部５３と雄ねじ部５２との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット１１が嵌挿されている。そして主体金具５の後端側には、自身の筒孔５５内で保持するセンサ素子６を加締め固定するための加締部５７が設けられている。センサ素子６の後端部６７のうち軸線Ｏ方向の中央よりも後端側の部位は、この加締部５７よりも後方に突き出され、電極部７５が主体金具５から露出されている。そして、工具係合部５３と加締部５７との間には、後述する外筒３の先端部３１が係合される後端係合部５８が形成されている。

次に、主体金具５の筒孔５５内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部５９が設けられており、この段部５９に、アルミナからなる筒状の支持部材１３が金属製のパッキン１２を介在させて係止されている。支持部材１３の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン１４を介し、センサ素子６のフランジ部６５がこの支持部材１３に支持されている。さらに筒孔５５内において、支持部材１３の後端側に滑石粉末からなる充填部材１５が充填されており、その充填部材１５を支持部材１３との間で挟むように、充填部材１５の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ１６が配置されている。

スリーブ１６の後端側には環状のリング１７が配置されており、主体金具５の加締部５７が内側先端向きに加締められることで、スリーブ１６がこのリング１７を介して充填部材１５に対し押しつけられている。この加締部５７の加締めを通じ、主体金具５の段部５９に係止された支持部材１３へ向けてセンサ素子６のフランジ部６５を押しつけるように充填部材１５が圧縮充填されるとともに、主体金具５の筒孔５５の内周面とセンサ素子６の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このようにセンサ素子６は、加締部５７と段部５９との間において挟持された各部材を介し、主体金具５の筒孔５５内で保持されている。

次に、主体金具５の先端係合部５６には、その先端係合部５６から軸線Ｏ方向の先端側に向け突出されたセンサ素子６の検出部６４を覆うプロテクタ４が組み付けられ、溶接によって主体金具５と一体に接合されている。プロテクタ４は、酸素センサ１が排気管（図示外）に取り付けられた際に排気管内に突き出されるセンサ素子６の検出部６４を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するための部材である。このプロテクタ４は、有底筒状をなし開放された側の周縁部が先端係合部５６に接合される外側プロテクタ４１と、その外側プロテクタ４１の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ４５とからなる２重構造を有している。外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の外周面には、内部に排気ガスを導入し、その排気ガスを検出部６４へと導くための導入口４２がそれぞれ開口されている（内側プロテクタ４５のガス導入口は図示せず。）。また、外側プロテクタ４１および内側プロテクタ４５の底面には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口４３，４８がそれぞれ開口されている。

次に、主体金具５の後端側にはＳＵＳ３０４等のステンレス鋼からなる筒状の外筒３が組み付けられ、その先端部３１が後端係合部５８に係合されている。外筒３の先端部３１は外周側から後端係合部５８に加締められており、さらにこの先端部３１の外周を一周してレーザ溶接が施されている。外筒３は、軸線Ｏ方向に沿って後端側へ向けて延びており、センサ素子６の後端部６７で主体金具５の後端（加締部５７）よりも後方に突出された部位や、それよりも後端側に配置されたセパレータ８およびグロメット９の外周を径方向に取り囲んでいる。

外筒３に取り囲まれたセンサ素子６の後端部６７には、電極部７５と接触して検出電極６２との電気的な接続を行う接続端子２が嵌め込まれている。この接続端子２については後述する。また、センサ素子６の筒孔内には、固体電解質体を加熱して活性化させるための棒状のヒータ７が挿入されている。そしてセンサ素子６とヒータ７との間に挟まれるように、基準電極６３と接触して電気的な接続を行う接続端子２９が、センサ素子６の筒孔内に挿入されている。ヒータ７の後端にはヒータ７に通電するための一対の電極端子７１（図１では一方の電極端子７１のみを示す。）が設けられている。そして接続端子２、接続端子２９および電極端子７１には、それぞれ、外部回路（図示外）との電気的な接続を行うためのリード線１８の芯線が加締め接合されている。

上記のセパレータ８は絶縁性セラミックスから筒状に形成されたものであり、上記の接続端子２，２９や電極端子７１が互いに接触しないように分離するため、それらを独立に収容する収容部８２を有する。各収容部８２はセパレータ８を軸線Ｏ方向に貫通しており、セパレータ８を挟んで先端側と後端側との間で大気連通が可能となるように構成されている。接続端子２，２９や電極端子７１にそれぞれ接続された４本のリード線１８（図１ではそのうちの３本のリード線１８を示す。）は、後述するグロメット９の挿通孔９２を介して酸素センサ１の外部に引き出されている。また、セパレータ８の外周面には径方向外側に突出するフランジ部８１が設けられており、そのフランジ部８１よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具８５が嵌挿されている。セパレータ８の配置位置に相当する外筒３の外周面は径方向内向きに加締められており、これにより、保持金具８５が、自身の内部にセパレータ８を保持しつつ、外筒３の内側にて加締め保持されている。

また、セパレータ８の後端側にはフッ素系ゴムからなるグロメット９が配置されている。グロメット９は、ハウジング１０を後端側にて塞ぐように外筒３の後端側の開口３２に嵌合され、外筒３の外周が加締められることにより固定されている。このグロメット９には、ハウジング１０内に大気を導入するための連通孔９１が、軸線Ｏ方向に貫通して形成されている。酸素センサ１では、この連通孔９１およびセパレータ８の収容部８２を介し、センサ素子６の筒内に形成された基準電極６３が大気に晒されるように構成されている。連通孔９１内には、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成された薄膜状のフィルタ部材８７およびその留め金具８８が挿入されており、水滴等の進入が防止されている。また、グロメット９には、上記した４本のリード線１８を挿通するための４つの挿通孔９２が、それぞれ独立に形成されている（図１ではそのうちの２つの挿通孔９２を示す。）。

次に、図３〜図８を参照し、センサ素子６の後端部６７に嵌め込まれて電極部７５との電気的な接続を行う接続端子２の詳細な構成について説明する。図３は、酸素センサ１への組み付け前の接続端子２を正面、左側面および平面から見た斜視図である。図４は、接続端子２の展開図である。図５は、酸素センサ１への組み付け前の接続端子２の正面図である。図６は、酸素センサ１への組み付け前の接続端子２の左側面図である。図７は、図４の１点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た端子部２１の断面図である。図８は、図７の１点鎖線Ｂ−Ｂにおいて矢視方向から見た端子部２１の断面図である。

図３に示す接続端子２は、センサ素子６の後端部６７（図２参照）に嵌め込まれ、接触部２１９にて電極部７５との接触が行われる端子部２１と、リード線１８（図１参照）の芯線が加締め接合される圧着部２５と、端子部２１および圧着部２５を接続する首部２６とから構成される。

図４に示すように、接続端子２の端子部２１は略長方形に加工された板体からなり、その長手方向を周方向に折り曲げ、図５に示すように、長手方向の一端２１２と他端２１３とを互いに近づけて、図３に示すように、１点鎖線で示される筒軸Ｐを中心軸とする筒状に形成したものである。図４に示すように、端子部２１の短手方向一方側の縁端（後述するが、センサ素子６への接続端子２の嵌め込み時における先端側の縁端であり、以下では便宜上「先端」という。）２１５からは、長手方向に並ぶ複数（本実施の形態では８つ）の突片２１６が短手方向に沿って突出されている。この突片２１６は、端子部２１が筒状に折り曲げられる際に、端子部２１の先端２１５の位置で、成形後（筒状に形成した後）に外周側となる一方の面（以下、便宜上「外周面」という。）２１７側へ鈍角に折り曲げられ、図３や図７に示すように、端子部２１のなす筒孔に対し外向きに放射状に広げられる。

また、図４に示すように、端子部２１の短手方向中央よりやや先端２１５側の位置には、略円形状の４つの突出部２２が長手方向に並んで設けられている。図７に示すように、突出部２２は、例えばプレス加工によって端子部２１の外周面２１７が厚み方向に押し込まれ、端子部２１の成形後に内周側となる他方の面（以下、便宜上「内周面」という。）２１８が突出されることにより形成されたものである。図８に示すように、突出部２２はその断面が、内周面２１８から軸線Ｐ側へ最も突出する突出先端へ向けて滑らかに傾斜する形状を有するように構成されている。

図４に示すように、突出部２２は、端子部２１の長手方向における一端部２２５（一端２１２の近傍の部位）と、他端部２２６（他端２１３の近傍の部位）とにそれぞれ１つずつ設けられている。また、一端部２２５と他端部２２６との間の中間部２２７には突出部２２が２つ設けられ、詳細には、端子部２１の長手方向の中央に対し対称となるように、その中央寄りの位置に１つずつ設けられている。そして、端子部２１において突出部２２よりも先端２１５側の部位は、接続端子２がセンサ素子６に嵌め込まれた際に電極部７５と接触し、電極部７５と電気的に接続される接触部２１９として機能する。

なお、図４では説明の便宜上、端子部２１で突出部２２よりも先端２１５側の部位全体を点線で囲い、この部位を接触部２１９として示しているが、本発明における接触部の大きさや範囲、形状を限定するものではない。すなわち本発明における接触部は、端子部２１において突出部２２よりも先端２１５側にあり、端子部２１をセンサ素子６の後端部６７に嵌め込んだ際に（図１２参照）、電極部７５と接触し電気的に接続される部位であればよい。

次に、端子部２１の短手方向他方側の縁端（以下、便宜上「後端」という。）２１４で長手方向の中央の位置からは、細幅の首部２６が突出されている。この首部２６は、端子部２１の短手方向に沿って延長されており、首部２６の突出先端にはリード線１８の芯線が加締められる圧着部２５が設けられている。そして首部２６の中間部には、やや幅広の支持部２７が形成されている。支持部２７の中央には圧着部２５側を残して略コの字状に細長く切り欠かれた支持腕２７１が形成されており、図６に示すように、支持腕２７１は、端子部２１の外周面２１７側へ押し込まれている。この支持腕２７１は、図１に示すように、酸素センサ１が組み立てられた際にセパレータ８の収容部８２の内周面に当接し、セパレータ８内における接続端子２の位置決めを担うものである。また、首部２６のうち支持部２７よりも端子部２１側の部分は、厚み方向に緩やかな段状をなすように折り曲げられている。

このような構成の接続端子２は、端子部２１を筒状に折り曲げた際に、端子部２１の内径（少なくとも突出部２２の突出先端を通る筒孔の最小内径）が、センサ素子６の後端部６７の外径よりも小さくなるように加工されている。このため、酸素センサ１を作製するにあたって端子部２１がセンサ素子６の後端部６７に嵌め込まれる際に、端子部２１は、後端部６７の外径にあわせ径方向外側に押し広げられることとなる（図１０参照）。ここで本実施の形態では、端子部２１の一端部２２５および他端部２２６にそれぞれ１つ、中間部２２７に２つの突出部２２が内周面２１８から内向きに突出されているので、端子部２１の内周面２１８と後端部６７の外周面６９との間に間隙が形成される。従って、嵌め込みの過程では、端子部２１が後端部６７の所定の位置に達するまで、端子部２１と電極部７５との接触を避けられる構成となっている。

以下、酸素センサ１の製造過程について説明するが、特に、センサ素子６への接続端子２の嵌め込みの過程については後ほど詳細に説明する。まず、図２に示すセンサ素子６は、有底筒状に形成された固定電解質体の表面上に検出電極６２、電極引出部７６、電極部７５および基準電極６３が印刷等により形成され、さらに検出電極６２の表面上を覆って電極保護層が形成されてから焼成されることにより、作製される。そして図１に示すように、センサ素子６は、プロテクタ４が組み付けられた主体金具５の筒孔５５内に加締め保持される。

一方、接続端子２は、まず、導電性の板材の打ち抜きにより、図４に示すように、端子部２１、首部２６、支持部２７および圧着部２５の各形状が形成される。この際に、突出部２２や支持腕２７１等の加工もなされる。さらに端子部２１が筒状に折り曲げられるとともに、圧着部２５、支持部２７の支持腕２７１および首部２６がそれぞれ折り曲げられて、接続端子２が作製される。そして接続端子２は、図１に示すように、圧着部２５にリード線１８の芯線が加締められた状態で、接続端子２９やヒータ７等とともにセパレータ８内に収容され、そのセパレータ８がグロメット９と共に外筒３内の所定の位置に配置されて加締められることにより、外筒３に保持される。

このようにして、主体金具５にセンサ素子６等を保持したハウジング１０の先端側の組立中間体と、外筒３に接続端子２，２９やヒータ７等を保持したハウジング１０の後端側の組立中間体とが、それぞれ別工程にて作製される。両者は互いに組み合わされ、外筒３の先端部３１が主体金具５の後端係合部５８に係合されて、その周囲が加締められる。さらにその加締め部分に対しレーザ溶接が施されて、先端側および後端側の両組立中間体が一体となり、酸素センサ１が完成する。

ところで、上記した先端側の組立中間体と後端側の組立中間体とを互いに組み合わせる際に、後端側の組立中間体に保持されたヒータ７および接続端子２９は、先端側の組立中間体に保持されたセンサ素子６の筒孔内に挿入される。また、接続端子２の端子部２１は、筒軸Ｐ（図４参照）を軸線Ｏに揃えるようにセンサ素子６の後端部６７に嵌め込まれ、後端部６７の外周面６９を覆いつつ、接触部２１９が電極部７５に接触して電気的な接続がなされる。

以下、接続端子２の端子部２１をセンサ素子６の後端部６７に嵌め込む過程について、図９〜図１２を参照して詳細に説明する。図９〜図１２は、センサ素子６の後端部６７に接続端子２の端子部２１を嵌め込む過程を示す図である。なお、図９〜図１２では、接続端子２の端子部２１とセンサ素子６の後端部６７とに着目し、ヒータ７や接続端子２９については図示しない。

前述したように、図９に示す、接続端子２の端子部２１は、先端側の組立中間体と後端側の組立中間体とを互いに組み合わせる際に、軸線Ｏ方向後方（図中上側）からセンサ素子６の後端部６７に嵌め込まれる。すなわち、軸線Ｏに沿って先端側へ向かう方向が、端子部２１の後端部６７への嵌め込み方向となる。このとき、センサ素子６の後端部６７は、端子部２１の先端２１５から突出された突片２１６によって、端子部２１の筒孔内へ挿入されるように案内される。このため、嵌め込みの過程では、図１０に示すように、端子部２１の筒軸Ｐが次第にセンサ素子６の軸線Ｏに揃えられる。なお、端子部２１の筒軸Ｐとセンサ素子６の軸線Ｏとは、端子部２１の内径と後端部６７の外径とが異なるため、嵌め込みの過程や嵌め込み後において必ずしも一致するわけではないが、ここでは説明の都合上、一致するものとする。

ここで端子部２１は、上記したように、その内径がセンサ素子６の後端部６７の外径より小さく構成されており、また、端子部２１は、一端２１２と他端２１３とが離れて周面が開放されている。このため、後端部６７への嵌め込みの過程の初期の段階では、端子部２１の先端２１５側の内径が後端部６７によって押し広げられ、筒軸Ｐを通る端子部２１の断面をみた場合に、端子部２１はハの字に開く形態となる。従って先端２１５は、後端部６７の外周面６９から径方向外側へ遠ざかることとなる。

そして端子部２１が嵌め込み方向に移動され、図１１に示すように、突出部２２が後端部６７の外周面６９上に乗り上げた状態（突出部２２と後端部６７の外周面６９とが径方向に重なる配置となった状態）では、端子部２１の内周面２１８と後端部６７の外周面６９との間に間隙が形成される。前述したように、突出部２２は、端子部２１の長手方向の一端部２２５および他端部２２６にそれぞれ１つ、中間部２２７に２つ設けられ、それぞれが短手方向中央よりやや先端２１５側の位置に配置されている。このため、突出部２２よりも先端２１５側にある接触部２１９や端子部２１の先端２１５は、後端部６７の外周面６９の一周にわたって外周面６９から径方向外側に遠ざけられた状態となる。

この状態のまま端子部２１が嵌め込み方向に押し込まれても、突出部２２が後端部６７の外周面６９に当接した状態は維持されるので、端子部２１の嵌め込みは、接触部２１９や先端２１５と後端部６７の外周面６９との間に間隙を有した状態のまま継続される。従って、接触部２１９や先端２１５は、外周面６９上に形成されている電極部７５にも接触することなく、電極部７５と径方向に重なる位置に配置される。つまり、端子部２１の先端２１５や接触部２１９が電極部７５に接触し、電極部７５を削ったり摩耗させてしまったりすることがない。

さらに端子部２１が嵌め込み方向に押し込まれると、図１２に示すように、突出部２２は後端部６７に形成された収容部７７の形成位置に到達し、収容部７７内に収容される。収容部７７は後端部６７を一周する溝状に形成されているので、突出部２２が端子部２１の内周面２１８において周方向のどの位置に突出されていても収容することができる。そして収容部７７に突出部２２が収容されることで、後端部６７の外周面６９と端子部２１の内周面２１８との間の間隙の支えがなくなり、端子部２１が径方向内向きに縮んで内周面２１８と後端部６７の外周面６９とが近接に配置される。これにより、接触部２１９は電極部７５と接触し、両者間で電気的な接続がなされる。嵌め込み前の端子部２１の内径が後端部６７の外径より小さいため、端子部２１は、自身の内周面２１８で径方向内向きにセンサ素子６の外周面６９を押圧する形態となる。また、上記のように、嵌め込みの過程において電極部７５が削られることもない。そして、収容部７７に収容された突出部２２がストッパーとして機能し、後端部６７に対する端子部２１の嵌め込み位置が固定され、接触部２１９と電極部７５との当接位置にずれが生ずることがない。こうしたことから本実施の形態では、接触部２１９と電極部７５との電気的な接続の確実性や安定性を高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限らず、各種変形が可能なことは言うまでもない。例えば、接続端子２の端子部２１は断面Ｃ字形の筒状に形成したが、断面Ｏ字形の筒状とし、嵌め込み方向において先端側に、例えばスリットを設けて内径を変化させられるようにし、センサ素子６の後端部６７に嵌め込む形態としてもよい。このような構成とした場合、嵌め込みの過程において、各スリットで分けられた部分が後端部６７の外周面６９に対し間隙を有するように、各スリットで分けられた部分ごとに突出部を設けるようにすればよい。また、端子部２１の周方向の一部を先端側に延長させ、その部位に突出部と電極部とを設けてもよい。

また、接続端子２の突出部２２も、必ずしも端子部２１に４つ設けられている必要はなく、例えば一端部２２５および他端部２２６の２箇所に形成し、中間部２２７に形成しないものであってもよい。こうした構成では、嵌め込みの過程において、端子部２１の中間部２２７における先端２１５が電極部７５に当接して欠損を生じさせる虞があるが、電極部７５における接触部２１９の接触部位と電極引出部７６とが断線することがないように、センサ素子６の後端部６７に対する端子部２１の嵌め込み向きを調整すれば、端子部２１と電極部７５との電気的な接続を十分に維持することができる。もちろん、電極部７５が、必ずしも後端部６７の外周面６９を一周して形成されていなくともよい。また、突出部２２の数も４つに限らず、上記のように２つでも、あるいは３つでも、５つ以上であってもよい。

また、突出部２２は端子部２１の外周面２１７を内周面２１８側へ押し込んで形成したが、内周面２１８に突起物を形成あるいは接合することで設けてもよいし、端子部２１に切り欠きを形成し、内周面２１８側へ押し込んで設けてもよい。また、突出部２２は、突出方向に付勢力を有してもよく、この場合、端子部２１は、例えば断面Ｏ字形の筒状で変形しないものとしてもよい。また、図１３に示す、接続端子３０２のように、端子部３２１そのものの折り曲げ加工により、周方向に連続した状態で径方向内向きに突出する形態の突出部３２２を形成してもよい。

また、図１４に示す接続端子４０２のように、端子部４２１の接触部４１９に、径方向内向きに内周面４１８から突出する接点部４２３を形成してもよい。この接点部４２３が内周面４１８から突出する大きさを、内周面４１８から突出部４２２が突出する大きさより小さくなるように構成すれば、嵌め込みの過程において接点部４２３が電極部７５に当接しにくくなり、好ましい。接触部４１９にこのような接点部４２３を設ければ、端子部４２１と電極部７５との接触が当接面積の小さい部分（接点部４２３の突出先端）に抗力を生じつつ行われることとなるため、両者の電気的な接続の安定性をより高めることができる。

また、センサ素子６の収容部７７の代わりに、後端部６７に、接続端子２の突出部２２の形状にあわせた凹部を周方向に複数個並べて形成してもよい。このようにすれば、センサ素子の後端部６７に本実施の形態のような溝状の収容部７７を設けた場合よりも、センサ素子６の後端部６７における剛性を高めることができる。なお、この場合、端子部２１の嵌め込みの際に、収容部と突出部２２との周方向における位置合わせが必要となるが、凹部の個数を増やせば、そのいずれかに突出部２２が嵌ることができ、位置合わせを容易に行うことができる。

酸素センサ１の構造を示す縦断面図である。 センサ素子６の斜視図である。 酸素センサ１への組み付け前の接続端子２を正面、左側面および平面から見た斜視図である。 接続端子２の展開図である。 酸素センサ１への組み付け前の接続端子２の正面図である。 酸素センサ１への組み付け前の接続端子２の左側面図である。 図５の１点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た端子部２１の断面図である。 図７の１点鎖線Ｂ−Ｂにおいて矢視方向から見た端子部２１の断面図である。 センサ素子６の後端部６７に接続端子２の端子部２１を嵌め込む過程を示す図である。 センサ素子６の後端部６７に接続端子２の端子部２１を嵌め込む過程を示す図である。 センサ素子６の後端部６７に接続端子２の端子部２１を嵌め込む過程を示す図である。 センサ素子６の後端部６７に接続端子２の端子部２１を嵌め込む過程を示す図である。 変形例としての接続端子３０２の端子部３２１の一部断面図である。 変形例としての接続端子４０２の端子部４２１の一部断面図である。

符号の説明

１ 酸素センサ
２ 接続端子
６ センサ素子
２１ 端子部
２２ 突出部
６４ 検出部
６６ 先端部
６７ 後端部
６９ 外周面
７５ 電極部
７７ 収容部
２１５ 先端
２１７ 外周面
２１８ 内周面
２１９ 接触部
２２５ 一端部
２２６ 他端部
２２７ 中間部
４０２ 接続端子
４１９ 接触部
４２３ 接点部

Claims (7)

1. 軸線方向に延び、先端側が閉じられた有底筒状をなし、先端側に、被検出体の検出を行うための検出部を有すると共に、自身の後端側の外周面上に、前記検出部の出力を取り出すための電極部が形成されたセンサ素子と、
   当該センサ素子の後端側の周方向を覆う筒状の端子部を有し、前記検出部からの検出信号を外部回路に出力する接続端子と
   を備え、
   前記端子部が前記センサ素子により径方向外側に押し広げられつつ前記センサ素子に嵌め込まれ、前記端子部と前記電極部とが接触するセンサにおいて、
   前記センサ素子には、前記電極部よりも前記軸線方向の後端側に、外周面から凹んだ収容部が設けられると共に、
   前記接続端子の前記端子部には、
   内周面から内向きに突出されつつ前記収容部内に収容される突出部と、
   前記端子部の前記突出部よりも先端側に形成され、前記電極部と接触する接触部と
   が設けられたことを特徴とするセンサ。
2. 前記接続端子の前記突出部は、複数部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記端子部は、軸線方向に垂直な断面においてＣ字形状を有しており、前記突出部は、少なくとも前記端子部の前記内周面における周方向の一端部および他端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記接続端子の前記突出部は、軸線方向から見たときに、前記端子部の前記内周面における周方向の中間部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
5. 前記接続端子の前記突出部は、前記端子部の外周面を厚み方向に押し込んで、前記端子部の前記内周面を突出させたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ。
6. 前記センサ素子の前記収容部は、前記センサ素子の前記外周面を周方向に一周する溝状に形成され、前記電極部は、前記外周面を周方向に一周する帯状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ。
7. 前記接続端子の前記接触部に、内向きに突出する接点部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセンサ。

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