JP5931603B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサに関するものである。

被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサとして、従来、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するセンサ素子を備えるセンサが知られている（特許文献１〜６）。このようなセンサ素子としては、例えば、先端が閉じた有底筒状の固体電解質と、この固体電解質の内表面に形成された内側電極（基準電極）と、固体電解質の外表面の先端部に形成された外側電極（検出電極）と、固体電解質の外表面において外側電極から後端部側に延出して形成されたリード部と、を備えるセンサ素子が知られている。このようなセンサ素子をガスセンサに組み込む際には、例えば、ガスセンサから検出信号を取り出すためにガスセンサに設けられたリード線に接続される接続端子金具を用意して、この接続端子金具のセンサ素子への嵌め込みが行なわれる。例えば、リード線とセンサ素子の外側電極とを接続するには、接続端子金具をセンサ素子の後端部の外表面に嵌め込めばよく、これにより、接続端子金具および上記リード部を介してリード線と外側電極とが電気的に接続される。

上記のような接続端子金具では、一般に、その先端部に、センサ素子の後端部外表面に嵌め込むための構造として、径方向に弾性変形可能な筒状部が設けられている。この筒状部は、センサ素子に嵌め込まれる前（非嵌め込み状態）には、センサ素子の後端部よりも径が小さくなっており、筒状部をセンサ素子の後端部外表面に嵌め込む際に、筒状部がセンサ素子に乗り上げる形で径方向に拡径する。そこで、このような筒状部においては、筒状部をセンサ素子の後端部に嵌め込む動作を容易化するために、筒状部の先端部に、先端に向けて拡径する拡径部を設ける構成が提案されている（例えば、特許文献１の鍔部６２ｆ参照）。拡径部の先端の径を、センサ素子の後端（後端部）の径よりも大きくすることで、センサ素子の後端部が拡径部に倣って筒状部内へと容易に導くことができ、嵌め込みの動作が容易となる。

特開２０１０−２５７３１号公報 特開２０１０−１８１３４７号公報 特開２００９−２８１７２７号公報 特開２００８−２８６８１０号公報 特開２００４−２０５３４１号公報 特開２００９−２８４６号公報

しかしながら、センサ素子の軸方向の長さを短縮することによりセンサ素子を小型化したいという要望に充分に応えることができない場合があった。近年、電極やリードに用いられる配線材料（例えば、貴金属）の使用量を削減する構成が検討されており、センサ素子の後端部を短くすることで、後端部側に形成されたリード部の軸方向の長さが短くなり、その結果、配線材料の使用量が削減できる。ところで、ガスセンサにおいては、センサ素子を取り囲むように金属部材（主体金具）を配置して、主体金具の後端部からセンサ素子が突出する構成が採用される場合がある。この場合に、配線材料の使用量を削減するためにセンサ素子の後端部の長さを短くすると、主体金具から突出するセンサ素子の後端部の長さが短くなる。その結果、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性を維持するために、筒状部をより先端側に嵌め込もうとすると、センサ素子の後端部の径よりも大きい径を有する拡径部と主体金具とが接触して主体金具と接続端子金具とが短絡するという問題を生じ得た。また、このような短絡を避けるために、センサ素子への筒状部の嵌め込み量を抑制すると、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性が低下するという問題も生じ得た。さらに、拡径部の径を、センサ素子の後端部の径よりも大きくしつつ、主体金具と接触しないように拡径部の径を調整することは困難であった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、製造工程を複雑化することなく、接続端子金具をセンサ素子に嵌め込み動作を容易化し、また、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性を確保することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。

［適用例１］
軸線方向に延出して形成される筒状のセンサ素子であって、軸線方向の一方の端部である先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記外側電極から軸線方向の他方の端部である後端部側の外表面へと延出して設けられた外部リード部と、を備えるセンサ素子と、
径方向に弾性変形可能な筒状部を備え、該筒状部の少なくとも先端部が前記センサ素子の後端部の外表面に嵌め込まれて、前記筒状部において前記外部リード部と接触する接続端子と、
を備える、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサにおいて、
前記センサ素子の後端部は、前記センサ素子への非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも外径が大きく、前記センサ素子へと前記筒状部が嵌め込まれた時には前記筒状部の内表面と接触する基体部と、前記基体部の後端側に形成されて、前記非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも少なくとも後端側の外径が小さい縮径部とを備え、
前記センサ素子の外表面における前記外部リード部の後端が、前記基体部と前記縮径部との境界上に配置されていることを特徴とする
ガスセンサ。

適用例１のガスセンサによれば、センサ素子後端部に、非嵌め込み状態にあるときの筒状部の内径よりも少なくとも後端側の外径が小さい縮径部を備えるため、センサ素子の縮径部に筒状部が倣うことで、センサ素子の後端部を筒状部内へと容易に導くことができ、センサ素子への接続端子の嵌め込みの動作を容易化し、より正確に行なうことが可能になる。センサ素子への接続端子の嵌め込みの動作を正確に行なうことにより、接続端子と外側電極との電気的接続の信頼性を維持することができる。さらに、拡径部の径をセンサ素子の後端部の径よりも大きくする必要がなく、主体金具と接触しないように拡径部の径を調整するのみでよいため、拡径部の径の調整が容易となる。

その上、センサ素子に縮径部を形成しつつ、センサ素子の縮径部に筒状部が倣うように接続端子をセンサ素子に嵌め込むと、筒状部がセンサ素子の基体部まで嵌め込まれた際に、筒状部の先端側がセンサ素子の基体部から浮いてしまう（離間してしまう）ことがあり、接続端子と外側電極（外部リード部）との電気的接続の信頼性が低下することがある。これに対して、適用例１のガスセンサによれば、センサ素子の外表面において、外部リード部の後端が、基体部と縮径部との境界上に配置されているため、筒状部の先端側がセンサ素子の基体部から浮いてしまったとしても、基体部と縮径部との境界には確実に筒状部が当接することとなり、外側電極と接続端子との間の電気的接続の信頼性を確保できる。

［適用例２］
適用例１記載のガスセンサであって、さらに、前記筒状部は、前記接続端子の最先端に設けられているガスセンサ。

適用例２に記載のガスセンサによれば、筒状部を接続端子の最先端に設けているので、接続端子金具の筒状部の先端部に、先端ほど径が大きくなる拡径部を設ける必要がなく、接続端子に対して特別な加工を行う必要がなくなるため、接続端子の製造工程の複雑化を抑えることができる。その上、拡径部の径の調整を行う必要がなくなり、容易に接続端子と外側電極との電気的接続の信頼性を維持することができる。

［適用例３］
適用例１又は２記載のガスセンサであって、さらに、前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の少なくとも前記縮径部を露出させる主体金具を備え、前記センサ素子の後端部に嵌め込まれた前記筒状部の先端部は、前記主体金具内に配置されているガスセンサ。

適用例３記載のガスセンサによれば、筒状部の先端を主体金具内に挿入することにより、センサ素子の後端部を、より短く形成しても、センサ素子と筒状部とが軸線方向に重なる距離を、十分に確保することが可能になる。そのため、接続端子と外側電極との電気的接続の信頼性を維持しつつ、センサ素子を、より短く形成して、ガスセンサを小型化することができる。その結果、センサ素子の後端部を短くすることにより、外部リード部等を形成するための配線材料の使用量を抑制することができる。なお、従来のような拡径部を設けることなく、筒状部を接続端子の最先端に設けているので、主体金具と接続端子金具とが短絡することなく、筒状部の先端部を主体金具内に配置することが可能となる。

［適用例４］
適用例１又は２記載のガスセンサであって、さらに、前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の後端部を露出させる主体金具を備え、前記筒状部は、軸線方向に平行なスリットを有し、該スリットの幅を伸縮させることにより、径方向に弾性変形可能となっており、前記外部リード部の後端部には、前記基体部と前記縮径部の境界を後端としつつ前記センサ素子の外周に沿って前記センサ素子の外表面の一部に伸長するリングリード部を備え、前記センサ素子は、前記リングリード部が前記主体金具から露出するように前記主体金具に取り囲まれているガスセンサ。

適用例４記載のガスセンサによれば、センサ素子の外周に沿ってリングリード部をセンサ素子の外表面の一部に伸長するようにしている。これにより、リングリード部をセンサ素子の外表面のセンサ素子の外周に沿って全周に設ける場合に比べ、リングリード部の長さが短くなり、その結果、配線材料の使用量が削減できる。その上、リングリード部が主体金具から露出するため、センサ素子の後端部に接続端子の筒状部を嵌め込む際に、リングリード部の位置を主体金具の外側から確認し、センサ素子と筒状部の位置関係を調節することができる。そのため、センサ素子の外周の一部に沿ってリングリード部を設けつつ、且つ筒状部がスリットを有していても、筒状部とリングリード部との間の電気的接続の信頼性を維持することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４いずれか記載のガスセンサであって、前記縮径部は、前記センサ素子への非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも小さい一定の外径を有する小径部と、前記基体部と前記小径部との間に形成された段差部とを備えるガスセンサ。

適用例５記載のガスセンサによれば、センサ素子の後端部に筒状部を嵌め込む際には、小径部が、筒状部内に容易に導かれる。そして、筒状部の先端は、段差部に当接した後に基体部へと導かれ、嵌め込みの動作を、容易に、また正確に、行なうことができる。

［適用例６］
適用例１ないし４いずれか記載のガスセンサであって、前記縮径部は、前記基体部との境界から前記センサ素子の後端に向かって、次第に外径が小さくなるテーパ部であるガスセンサ。

適用例６記載のガスセンサによれば、センサ素子の後端部に筒状部を嵌め込む際には、縮径部の後端が、筒状部内に容易に導かれる。そして、筒状部の先端は、テーパ部の途中の位置に当接した後に、テーパ部によって基体部へと導かれ、嵌め込みの動作を、容易に、また正確に、行なうことができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ガスセンサの製造方法などの形態で実現することが可能である。

ガスセンサ１００の構成を表わす断面図である。 センサ素子１０の外観を表わす斜視図である。 第２接続端子８０の外観を表わす斜視図である。 ガスセンサ１００の組立の概要を示す説明図である。 センサ素子１０に筒状部８３が嵌め込まれる様子を表わす説明図である。 センサ素子１１０の外観を表わす斜視図である。

Ａ．第１の実施形態のガスセンサ１００の構成：
図１は、本発明に係る第１の実施形態としてのガスセンサ１００の構成を表わす断面図である。ガスセンサ１００は、図１に示すように、軸線Ｏに沿って伸長する細長形状を有している。以下の説明では、軸線Ｏ方向であって図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。本実施形態のガスセンサ１００は、酸素濃度センサであって、例えば、自動車の排気ガス中の酸素濃度を検出するために用いることができる。

ガスセンサ１００は、センサ素子１０と、主体金具（ハウジング）２０と、外筒４０と、さらに、ガスセンサの内部配線の引き回しに係る構造（電極および電極に接続する配線）を、主要な構成要素として備えている。センサ素子１０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）の固体電解質体の両面に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成し、酸素分圧に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。詳細には、センサ素子１０は、外径が先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の内表面と外表面にそれぞれ形成された内側電極（基準電極）１０ａ及び外側電極（検出電極）１０ｂと、を備えている。そして、センサ素子１０の内部空間を基準ガス雰囲気とし、センサ素子１０の外表面に被検出ガスを接触させることで、ガスの検知を行う。ガスセンサ１００の後端からは、上記センサ素子１０の検出信号を取り出すための２本のリード線６０が引き出されている。

図２は、センサ素子１０の外観を表わす斜視図である。センサ素子１０には、軸線Ｏ方向の中ほどにおいて、外周方向に張り出した（突出した）鍔部１２が形成されている。鍔部１２よりも先端側には、先端側に向かって次第に縮径されて先端部が閉塞された有底部１３が形成されている。本実施形態では、外側電極１０ｂは、有底部１３の一部の外表面を覆うように形成されている。さらに、外側電極１０ｂは、外側電極１０ｂを保護するための電極保護層１４に覆われている。

センサ素子１０は、鍔部１２よりも後端側において、略一定の外径を有する円筒状の基体部１７と、基体部１７の後端側に設けられ、基体部１７よりも外径が小さく形成された縮径部１８と、を備えている。ここで、縮径部１８は、センサ素子１０の後端で開口を形成すると共に、基体部１７の外径よりも小さい一定の外径を有する小径部１８ａと、基体部１７と小径部１８ａとの間に設けられ、基体部１７と小径部１８ａとの間で滑らかに外径が変化する段差部１８ｂと、を備えている。

また、鍔部１２および鍔部１２よりも後端側の外表面には、外側電極１０ｂと電気的に接続された外部リード部１０ｃが設けられている。本実施形態の外部リード部１０ｃは、外側電極１０ｂの後端部から、鍔部１２を経由して、鍔部１２よりも後端側へと、軸線Ｏ方向に線状に延出する縦リード部１５と、縦リード部１５の後端部に設けられたリングリード部１６と、を備えている。リングリード部１６は、基体部１７と縮径部１８の境界を後端としつつ、センサ素子１０の外周に沿って、センサ素子１０の外表面の一部に伸長している。上記した、縮径部１８およびリングリード部１６の構成は、外側電極１０ｂとリード線６０との間の接続に係る構成であり、後に詳しく説明する。

なお、既述したように、センサ素子１０の内表面には内側電極１０ａが設けられている。有底円筒状の固体電解質体１１の内部には、筒孔１０ｄが形成されており（図１参照）、内側電極１０ａは、後端近傍を除く筒孔１０ｄの表面全体を覆うように形成されている。

センサ素子１０が備える固体電解質体１１は、例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、すなわちイットリア安定化ジルコニアによって構成することができる。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によってセンサ素子１０を構成しても良い。

センサ素子１０の表面に形成される内側電極１０ａおよび外側電極１０ｂは、白金（Ｐｔ）や白金合金等の、貴金属あるいは貴金属合金によって形成されることが好ましい。内側電極１０ａおよび外側電極１０ｂは、例えば、無電解めっき等のめっき法により形成することができる。また、外部リード部１０ｃは、例えば固体電解質体１１の製造時に、既述したイットリアを含有するジルコニア粉末の成形体の外表面に貴金属ペーストを用いて所定のパターンで印刷を行なうことにより、成形体の焼成と同時に形成することができる。

図１に戻り、上記したセンサ素子１０は、主体金具２０内に組み付けられている。主体金具２０は、センサ素子１０の軸線Ｏ方向の中ほどの部分を取り囲むように配置される金属部材である。主体金具２０の内表面には、先端方向に向かって内径が縮径する段部２０ｂが設けられている。この段部２０ｂと、センサ素子１０の鍔部１２との間には、パッキン３０が配置されている。主体金具２０とセンサ素子１０とを組み付ける際には、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０を主体金具２０内に挿入する。そして、鍔部１２をパッキン３０に当てることにより、間接的に段部２０ｂにセンサ素子１０の鍔部１２を当接させる。

主体金具２０とセンサ素子１０とを組み付ける際には、さらに、鍔部１２の後端側におけるセンサ素子１０と主体金具２０との径方向の隙間に、筒状のシール材（滑石粉末）３１が充填される。そして、シール材３１の後端側には、筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３２が配置される。さらに、絶縁部材３２の後端側には、金属リング（ステンレス製の平ワッシャ）３３が配置される。その後、主体金具２０の後端部を内側に屈曲させて加締め部２０ａを形成することにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられてシール材３１を押し潰し、絶縁部材３２及びシール材３１が加締め固定されるとともに、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされる。上記のように主体金具２０とセンサ素子１０とを組み付けると、センサ素子１０の後端部が主体金具２０の後端（加締め部２０ａ）から突出し、既述したリングリード部１６（図２）が主体金具２０から外部に露出する状態になる。

なお、主体金具２０の中央付近には、六角レンチ等を係合するために、径方向外側に突出した形状に形成されている多角形の鍔部２０ｃが設けられている。また、鍔部２０ｃと、主体金具２０の先端部である先端部２０ｆとの間の外表面には、雄ねじ部２０ｄが形成されている。主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを、例えば自動車の排気管のネジ孔に取付けて、センサ素子１０の先端を排気管内に露出させることにより、ガスセンサ１００を用いた被検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度の検知が可能になる。ガスセンサ１００において、鍔部２０ｃの先端面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ１００を排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケットが嵌挿される（図示せず）。

主体金具２０の先端部２０ｆには、金属製（ステンレスなど）で筒状のプロテクタ６２が固定され、主体金具２０から突出するセンサ素子１０の先端がプロテクタ６２で覆われている。このプロテクタ６２は、排気ガスをプロテクタ６２の内部に取り込むための複数の孔部を有している。

一方、主体金具２０の後端部には、金属製筒状の外筒４０が接合されて、センサ素子１０の後端部を覆っている。外筒４０は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成することができる。外筒４０は、主体金具２０に接続する先端部４０ａと、先端部４０ａよりも縮径された後端部４０ｂとを有し、先端部４０ａと後端部４０ｂとの間には段部４３が設けられている。

外筒４０の先端部４０ａの内側には、段差付きの略円柱状で絶縁性のセパレータ３４が配置されている。セパレータ３４には、セパレータ３４を軸線Ｏ方向に貫通する２個の挿通孔３４ａ、３４ｂが形成されている。これらの挿通孔３４ａ、３４ｂには、それぞれ、第１接続端子７０の板状基部７１と、第２接続端子８０の板状基部８１が挿通されている。ここで、第１接続端子７０および第２接続端子８０は、それぞれ、内側電極１０ａあるいは外側電極１０ｂと、リード線６０とを接続するための部材である。各板状基部７１、８１の後端には、それぞれ、接続端部７２、８２が形成され、接続端部７２、８２には、それぞれ異なるリード線６０が加締め接続されている。なお、第２接続端子８０が特許請求の範囲の「接続端子」に相当する。

上記セパレータ３４は、セパレータ３４の後端面を外筒４０の段部４３に当接させつつ、セパレータ３４の先端面をセパレータ３４よりも先端側に配置した保持金具３５に当接させることで、外筒４０内に保持される。この保持金具３５は、セパレータ３４よりも先端側に配置され、外筒４０の先端部４０ａが加締められることで外筒４０内に固定されている。

第１接続端子７０において、板状基部７１よりも先端側には、センサ素子１０の筒孔１０ｄ内に挿入される挿入部７３が設けられている。この挿入部７３は、センサ素子１０の内表面に接触して、内側電極１０ａと電気的に接続される。

図３は、第２接続端子８０の外観を表わす斜視図である。既述したように、第２接続端子８０は、リード線６０が接続される接続端部８２と、セパレータ３４の挿通孔３４ｂ内に配置される板状基部８１と、を備えている。板状基部８１の中央部には、略コの字状に切れ目を形成してその内側部分を外周側へと折り曲げることによって形成された支持腕８４が設けられている。この支持腕８４は、板状基部８１が軸線Ｏ方向に略平行となるように、セパレータ３４の挿通孔３４ｂ内で板状基部８１を支える。

さらに、第２接続端子８０において、板状基部８１よりも先端側には、筒状部８３が設けられている。この筒状部８３は、センサ素子１０の外表面に嵌め込まれて外部リード部１０ｃと接することにより、外側電極１０ｂと電気的に接続される。より具体的には、筒状部８３は、略長方形状の板体を折り曲げた略中空円筒状に形成されており、軸線Ｏ方向に平行なスリット８５を有している。筒状部８３は、このスリット８５の幅を伸縮させることにより、径方向に弾性変形可能となっている。筒状部８３のセンサ素子１０への嵌め込みの動作については、後に詳しく説明する。

図１に戻り、ガスセンサ１００の外筒４０の後端部４０ｂの内側には、略円柱状のグロメット３６が内挿されて加締め固定されている。このグロメット３６には、グロメット３６を軸線Ｏ方向に貫通する２個の挿通孔が形成されており、これら２個の挿通孔の各々から、リード線６０が外部に引き出されている。グロメット３６の後端側はフランジ状に拡径している。グロメット３６を外筒４０の後端から外筒４０内へと挿入し、上記した拡径部分を外筒４０の後端に当接させることにより、グロメット３６の位置決めがなされる。グロメット３６は、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料によって形成することができる。

さらに、外筒４０の後端部４０ｂの側面のうち、グロメット３６よりも先端側の位置には、周方向に等間隔で４個（図１では３個のみ図示）の第１通気孔４１が開口している。そして、外筒４０の後端部４０ｂの径方向外側には、第１通気孔４１を覆うように、環状の通気性のフィルタ３７が被せられ、さらに、フィルタ３７を径方向外側から金属製筒状の保護外筒３８が囲んでいる。この保護外筒３８は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼によって形成することができる。保護外筒３８の側面には、周方向に等間隔で４個（図１では２個のみ図示）の第２通気孔３９が開口し、フィルタ３７を介して外筒４０内部へ外気を導入可能になっている。なお、第２通気孔３９の先端側と後端側で外筒４０及び保護外筒３８を加締めることで、外筒４０と保護外筒３８の間にフィルタ３７を保持している。フィルタ３７は、例えばフッ素系樹脂等の撥水性樹脂の多孔質構造体によって構成することができ、撥水性を有しているため外部の水を通さずにセンサ素子１０の内部空間に基準ガス（大気）を導入可能となっている。

保護外筒３８は、後端部がグロメット３６の後端面上に設けられるように径方向内側に折り曲げられてなり、後端部の中央に開口６３が形成され、開口６３から２本のリード線６０が外部に引き出されている。さらに、保護外筒３８の後端側は、外筒４０の後端部４０ｂに設けられた加締め部に加締め固定されている。つまり、グロメット３６は、保護外筒３８及び外筒４０の両者を同時に加締めることで、外筒４０内に配置されている。

Ｂ．ガスセンサ１００の組み立ての概要：
図４は、ガスセンサ１００の組立の概要を示す説明図である。ガスセンサ１００の組み立て時には、ガスセンサ１００の後端側の構造を備える後端側アセンブリＡと、先端側の構造を備える先端側アセンブリＢとを組み立て、アセンブリＡおよびＢの組み付けが行なわれる。図４は、アセンブリＡをアセンブリＢの後端に被せる組み付け動作を説明する断面図である。

ガスセンサ１００の製造に際しては、まず、先端側アセンブリＢの組み立てが行なわれる。具体的には、センサ素子１０を主体金具２０内に配置されたパッキン３０上に配置する。その後、主体金具２０とセンサ素子１０との間隙にシール材３１を充填し、絶縁部材３２、金属リング３３を順にシール材３１上に配置する。そして、主体金具２０の後端側を加締めることにより、アセンブリＢを作製する。

一方で、後端側アセンブリＡの組み立てが行なわれる。すなわち、外筒４０内に、第１接続端子７０及び第２接続端子８０を組み付けたセパレータ３４をグロメット３６と共に配置し、アセンブリＡを組み立てる。具体的には、リード線６０に接続された第１接続端子７０及び第２接続端子８０をセパレータ３４の挿通孔３４ａ、３４ｂ内に挿入し、その後、セパレータ３４を外筒４０の段部４３に当接させる。その後、セパレータ３４と外筒４０との間隙に保持金具３５を挿入して、外筒４０の先端部４０ａを加締めることで、保持金具３５を固定する。さらに、グロメット３６を外筒４０の後端から挿入すると共に、外筒４０の後端部４０ｂにフィルタ３７、保護外筒３８をそれぞれ配置し、フィルタ３７、グロメット３６をそれぞれ加締め固定することにより、アセンブリＡを作製する。

そして、アセンブリＡとアセンブリＢとの軸線を合わせ、アセンブリＡの外筒４０の先端部を、アセンブリＢの主体金具２０の後端部に被せることにより、ガスセンサ１００の組み立てが行なわれる。

図４に示すように、後端側アセンブリＡでは、外筒４０の先端から、第１接続端子７０の挿入部７３が突出している。また、先端側アセンブリＢでは、主体金具２０の後端から、センサ素子１０の縮径部１８と、基体部１７の一部（後端部分）が露出している。アセンブリＡとアセンブリＢとを組み付ける際には、まず、アセンブリＡから突出する挿入部７３を、アセンブリＢのセンサ素子１０内に形成される筒孔１０ｄに挿入しつつ、外筒４０の先端部を、主体金具２０の後端部に被せる。このとき、挿入部７３が筒孔１０ｄの内表面に接することにより、第１接続端子７０と内側電極１０ａとが電気的に接続される。

また、上記のように外筒４０の先端部を主体金具２０の後端部に被せると、アセンブリＡ，Ｂの内部では、アセンブリＡが備える第２接続端子８０の筒状部８３の先端が、センサ素子１０の後端に当接して、筒状部８３がセンサ素子１０の後端部に嵌め込まれる。このとき、筒状部８３の内表面がリングリード部１６に接することにより、第２接続端子８０と外側電極１０ｂとが電気的に接続される。

図５は、センサ素子１０の後端部に、第２接続端子８０の筒状部８３が嵌め込まれる様子を表わす説明図である。ここでは、図示の便宜上、筒状部８３はその断面図を示し、他の部材は正面図を示している。図５では、センサ素子１０の基体部１７の外径をＤ１、縮径部１８の後端に設けられた小径部１８ａの外径をＤ２、第２接続端子８０の筒状部８３が非嵌め込み状態である時の筒状部８３の内径をＤ３、と表わしている。これら各部の径の間では、「Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１」の関係が成り立っている。既述したようにアセンブリＡとアセンブリＢの嵌め込みを行なうと、筒状部８３の先端部において筒状部８３の内径Ｄ３よりも小さい外径Ｄ２を有する小径部１８ａが筒状部８３内に嵌り、筒状部８３の先端は、段差部１８ｂに当接する。その後、さらにアセンブリＡとアセンブリＢとの嵌め込みを行なうと、筒状部８３は、段差部１８ｂに倣って、スリット８５（図３）を広げることにより径を拡大しながら、センサ素子１０の先端側へと嵌め込まれる。筒状部８３の先端が、縮径部１８と基体部１７の境界を越えると、筒状部８３が、リングリード部１６の後端（縮径部１８と基体部１７の境界に設けられた）と接触するようになる。

アセンブリＡとアセンブリＢの嵌め込みが終了する時には、筒状部８３の先端は、主体金具２０内に進入し、絶縁部材３２の後端近傍に到達する（図１参照）。センサ素子１０の基体部１７と筒状部８３とが重なる軸線Ｏ方向の長さがある程度長くなると、筒状部８３は軸線Ｏ方向と略平行になり、筒状部８３の内表面と基体部１７の外表面とが面接触する。筒状部８３とセンサ素子１０とが重なる程度（位置関係）を所望の重なり具合にするためには、各々のアセンブリ内におけるセンサ素子１０および第２接続端子８０の組み付け位置と、アセンブリＡとアセンブリＢとの間の組み付け位置とを、上記所望の重なり具合に応じて予め設定しておけばよい。筒状部８３は、その全体がセンサ素子１０の後端部と重なることとしても良く、筒状部８３の先端側の一部のみがセンサ素子１０の後端部と重なることとしても良い。

なお、図５では、主体金具２０の後端から突出するセンサ素子１０後端において、リングリード部１６が露出している様子を示している。リングリード部１６は、既述したように、センサ素子１０の外表面上を周方向に延出するように形成されており、外周の一部に沿って伸長する形状となっている。上記のようにリングリード部１６が主体金具２０から露出していることにより、アセンブリＡ，Ｂの組み付け時には、リングリード部１６が設けられている位置を、予め目視により確認し、アセンブリＡ、Ｂを組み付ける角度を調節することができる。これにより、リングリード部１６とスリット８５との重なりを抑えることができ、リングリード部１６がセンサ素子１０の外周に沿う一部に設けられ、且つ筒状部８３がスリット８５を有している構成であっても、リングリード部１６と筒状部８３との接続の信頼性を維持することができる。

主体金具２０の所定の位置まで外筒４０が覆うように、アセンブリＡとＢの組付けを行なった後には、外筒４０の先端部の外周面を加締め、その後レーザ溶接等によって主体金具２０の後端部に接続することにより、ガスセンサ１００が得られる。

以上のように構成された本実施形態のガスセンサ１００によれば、センサ素子１０の後端部に、非嵌め込み状態にあるときの筒状部８３の内径よりも外径が小さい小径部１８ａを後端とする縮径部１８を備えるため、センサ素子１０の縮径部１８に筒状部８３が倣うことで、センサ素子１０の後端部を筒状部８３内へと容易に導くことができ、センサ素子１０への第２接続端子８０の嵌め込みを容易に行なうことができる。なお、センサ素子１０は、一般に、構成材料の粉末（例えば、イットリア含有ジルコニア粉末等）を加圧成形し、所定の温度で焼成することによって作製される。本実施形態のようにセンサ素子１０に縮径部１８を設けるには、上記成形に用いる金型デザインを変更するだけで良く、製造工程に変更を加える必要がない。

特に、センサ素子１０の後端部に筒状部８３を嵌め込む動作は、既述したように、アセンブリＡとＢとの組み付け時に同時に行なわれるものであり、センサ素子１０に筒状部８３が嵌め込まれる様子を視認しながら行なうことが困難である。本実施形態のように、センサ素子１０に縮径部１８を設けて筒状部８３の先端を導くことで、センサ素子１０への筒状部８３の嵌め込み動作をより正確に行なうことが可能となるため、第２接続端子８０と外側電極１０ｂとの電気的接続の信頼性を維持することができる。

さらに、本実施形態によれば、センサ素子１０の外表面において、外部リード部１０ｃの後端が、基体部１７と縮径部１８との境界上に配置されているため、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との間の電気的接続の信頼性を確保できる。

例えば、本実施形態のように、スリット８５を有する断面Ｃ字形状の筒状部８３を用いる場合には、組み付けの際に筒状部８３が基体部１７に達した後に、筒状部８３と基体部１７との重なり量が不十分であると、筒状部８３の先端側の径がより大きく広がって、縦断面ハの字形になる場合が生じ得る。この場合、筒状部８３の先端側がセンサ素子１０の基体部１７から浮いてしまう（離間してしまう）。このような場合であっても、基体部１７と縮径部１８の境界に外部リード部１０ｃが形成されることで、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との間の電気的接続を確保することができる。すなわち、筒状部８３の先端側がセンサ素子１０の基体部１７から浮いてしまったとしても、第２接続端子８０と確実に接触する箇所（基体部１７と縮径部１８の境界）に外部リード部１０ｃが設けられているため、外側電極１０ｂと第２接続端子８０との間の電気的接続の信頼性を確保できる。なお、外部リード部１０ｃは、基体部１７と縮径部１８との境界から先端側へと延出して設けられているため、筒状部８３が基体部１７の表面とほぼ平行になった時には、外部リード部１０ｃのより広い範囲において、第２接続端子８０との電気的接続が可能になる。

また、筒状部８３の先端を主体金具２０の内部に挿入できるため、センサ素子１０の後端部を、従来よりも短くしても、センサ素子１０と筒状部８３とが軸線Ｏ方向に重なる距離を十分に確保することが可能になる。そのため、第２接続端子８０と外側電極１０ｂとの接続の信頼性を維持しつつ、センサ素子１０を、より短くする（小型化する）ことが可能になり、ガスセンサ１００全体の更なる小型化が可能になる。その結果、センサ素子１０の後端部を短くすることにより、外側電極１０ｂに接続する外部リード部１０ｃの縦リード部１５（図２）の長さを短くすると共に、センサ素子１０の内表面に形成される内側電極１０ａおよびこれに接続する配線を縮小することができる。そのため、センサ素子１０の表面に外側電極１０ｂや外部リード部１０ｃあるいは内側電極１０ａを形成するための配線材料（貴金属）の使用量を抑えて、製造コストを低減することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ１００によれば、筒状部８３を第２接続端子８０の最先端に設けている。センサ素子１０への第２接続端子８０の嵌め込みを容易化する方法としては、例えば、第２接続端子の筒状部の先端に、先端ほど径が大きくなる拡径部であって、最先端部の径がセンサ素子１０の後端の径よりも大きい拡径部を設けて、センサ素子の後端を筒状部内へと導く構成も考えられる。しかしながら、このような構成を採用すると、筒状部の先端に拡径部を設けることにより、第２接続端子の製造工程が複雑化し、コストの増大を引き起こし得る。本実施形態によれば、このような製造工程の複雑化に起因するコスト増を抑えることができる。

その上、センサ素子１０の小型化のために、センサ素子１０の後端部を短くしたとしても、主体金具２０と第２接続端子８０とが短絡する虞がないため、従来のように、第２接続端子８０に設けた拡径部の径の調整を行う必要がなくなり、容易にセンサ素子１０と第２接続端子８０との電気的接続の信頼性を維持できる。

なお、外部リード部１０ｃのリングリード部１６は、センサ素子１０の外表面上の全周にわたって設けるようにしても良いが、本実施形態では、外周の一部のみに設けられている。そのため、外部リード部１０ｃを形成するための配線材料（貴金属）の使用量を、さらに抑制することができる。なお、外部リード部１０ｃの後端部は、基体部１７と縮径部１８との境界まで縦リード部１５の幅を維持して、リングリード部１６を設けない構成も可能であるが、縦リード部１５よりも幅広のリングリード部１６を設けることで、筒状部８３との電気的接続の信頼性を確保し易くなる。

Ｃ．第２の実施形態：
図６は、第２の実施形態のセンサ素子１１０の外観を表わす斜視図である。センサ素子１１０は、第１の実施形態のガスセンサ１００と同様のセンサにおいて、センサ素子１０に代えて用いられる。第２の実施形態のガスセンサは、センサ素子以外の構成は第１の実施形態と同様であるため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。

センサ素子１１０は、センサ素子１０と類似する構成を有しているが、縮径部として、テーパ部１１８を有している点のみがセンサ素子１０と異なっている。テーパ部１１８は、基体部１７とテーパ部１１８の境界からセンサ素子１１０の後端に向かって、次第に径が小さくなるように形成されている。そして、テーパ部１１８の後端部の外径Ｄ４（図６参照）が、第２接続端子８０が備える筒状部８３が非嵌め込み状態にあるときの内径Ｄ３（図５参照）よりも小さくなるように形成されている。なお、基体部１７における外径は、第１の実施形態と同様にＤ１であり、「Ｄ４＜Ｄ３＜Ｄ１」が成り立っている。また、センサ素子１１０では、外部リード部１０ｃが備えるリングリード部１６は、その後端が、基体部１７とテーパ部１１８との境界上に配置されている。

以上のように構成された第２の実施形態のガスセンサにおいても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、第２接続端子８０の製造工程の複雑化を抑えつつ、センサ素子１１０への第２接続端子８０の嵌め込みを容易化し、第２接続端子８０と外側電極１０ｂとの電気的接続の信頼性を維持することができる。また、外部リード部１０ｃや内側電極１０ａを形成するための配線材料（貴金属）の使用量を抑制することができる。なお、図６では、リングリード部１６は、センサ素子１１０の外表面上において、外周を一周するように周方向に延出させている。ただし、第１の実施形態と同様に、外周の一部に沿って伸長する形状にしてもよい。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
センサ素子の後端側に設ける縮径部は、種々の変形が可能であり、少なくとも後端の外径が、基体部１７への非嵌め込み状態にあるときの筒状部８３の内径よりも小さいならば、第１あるいは第２の実施形態と同様の効果が得られる。非嵌め込み状態にあるときの筒状部８３の内径よりも小さい一定の外径を有する部分（小径部）、あるいは、後端部ほど外径が小さく形成された部分（テーパ部）を有し、後端側から嵌め込まれる筒状部８３を基体部１７へと支障なく導くことができる形状であればよい。例えば、縮径部を、後端側ほど外径が小さくなる複数の小径部を備える多段構造としても良い。あるいは、後端部側へと外径が次第に小さくなる傾斜の角度が異なる複数のテーパ部を備える多段構造としても良い。

Ｄ２．変形例２：
第１および第２の実施形態のガスセンサでは、第２接続端子８０の筒状部８３の先端は、主体金具２０内に挿入されて絶縁部材３２の後端近傍に達することとしたが、異なる構成としても良い。例えば、筒状部８３の先端は、主体金具２０の外側に位置する構成としても良い。この場合であっても、センサ素子の後端側に縮径部を設けることにより、センサ素子への筒状部８３の嵌め込みが容易になる効果や、センサ素子の基体部と縮径部の境界に外部リード部１０ｃの後端を設けることにより電極の接続信頼性を高める効果を、同様に得ることができる。さらに、筒状部に既述した拡径部を設ける構成とは異なり、筒状部８３を主体金具２０の後端に充分に近づけても、主体金具２０との間の短絡を抑える効果を得ることができる。

あるいは、ガスセンサ内において、絶縁部材３２とセンサ素子１０との間に、後端側から筒状部８３が進入可能な空隙を設け、筒状部８３の先端を、より深く、絶縁部材３２と重なる領域にまで挿入することとしても良い。この場合にも、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。

Ｄ３．変形例３：
第１および第２の実施形態では、センサ素子を取り囲む主体金具２０の後端から、センサ素子の縮径部および基体部１７の後端部分が突出することとしたが、異なる構成としても良い。少なくともセンサ素子の縮径部１８の後端の一部が主体金具２０の後端から突出していれば、リングリード部１６が形成された基体部１７が突出していなくても、アセンブリの組み付け時に、センサ素子の筒孔１０ｄ内に、第１接続端子７０の挿入部７３の先端部を容易に挿入することができる。そして、このとき、筒状部８３の先端を基体部１７の外表面へと容易に導くことができるという、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、第２実施形態のように、リングリード部１６を、基体部１７の全周にわたるように設ける場合には、基体部１７が突出していないことによりリングリード部１６がアセンブリＢの外側から視認し難くても、接続の信頼性を確保できる。すなわち、筒状部８３のスリット８５の位置およびスリット８５の幅にかかわらず、リングリード部１６と筒状部８３との間を容易に接続することができる。

また、第１実施例のように、リングリード部１６を、外周の一部に沿って伸長する形状とする場合には、リングリード部１６が周方向に伸長する長さを、基体部１７の全周の半分以上の長さとしてもよい。あるいは、リングリード部１６が周方向に伸長する長さを、筒状部８３が嵌め込み状態となったときの、センサ素子外表面上におけるスリット８５間の距離以上とすればよい。このような構成とすれば、リングリード部１６がアセンブリＢの外側から視認し難くても、筒状部８３のスリット８５の位置にかかわらず、リングリード部１６と筒状部８３との間を容易に接続することができる。

Ｄ４．変形例４：
第１および第２の実施形態では、筒状部８３を第２接続端子８０の最先端に設けていたが、第２接続端子８０の筒状部８３の先端に拡径部を設けてもよい。なお、センサ素子１０の小型化のために、センサ素子１０の後端部を短くし、第２接続端子８０が主体金具２０の内部に挿入される場合には、拡径部の径をセンサ素子の後端部の径よりも大きくしつつ、主体金具と接触しないように拡径部の径を調整する必要がある。

Ｄ５．変形例５：
第１および第２の実施形態では、ガスセンサは酸素濃度センサとしたが、異なる構成としても良い。イオン伝導性を有する固体電解質の両面に積層された一対の電極を有し、各電極上の特定ガス成分の濃度差（分圧差）により起電力を生じる濃淡電池を備えるセンサであれば、本願発明を適用することにより、同様の効果が得られる。

１０，１１０…センサ素子
１０ａ…内側電極
１０ｂ…外側電極
１０ｃ…外部リード部
１０ｄ…筒孔
１１…固体電解質体
１２…鍔部
１３…有底部
１４…被毒防止層
１５…縦リード部
１６…リングリード部
１７…基体部
１８…縮径部
１８ａ…小径部
１８ｂ…段差部
２０…主体金具
２０ａ…加締め部
２０ｂ…段部
２０ｃ…鍔部
２０ｄ…雄ねじ部
２０ｆ…先端部
３０…パッキン
３１…シール材
３２…絶縁部材
３３…金属リング
３４…セパレータ
３４ａ，３４ｂ…挿通孔
３５…保持金具
３６…グロメット
３７…フィルタ
３８…保護外筒
３９…第２通気孔
４０…外筒
４０ａ…先端部
４０ｂ…後端部
４１…第１通気孔
４３…段部
６０…リード線
６２…プロテクタ
６３…開口
７０…第１接続端子
７１，８１…板状基部
７２，８２…接続端部
７３…挿入部
８０…第２接続端子
８３…筒状部
８４…支持腕
８５…スリット
１００…ガスセンサ
１１８…テーパ部

Claims (6)

1. 軸線方向に延出して形成される筒状のセンサ素子であって、軸線方向の一方の端部である先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記外側電極から軸線方向の他方の端部である後端部側の外表面へと延出して設けられた外部リード部と、を備えるセンサ素子と、
   径方向に弾性変形可能な筒状部を備え、該筒状部の少なくとも先端部が前記センサ素子の後端部の外表面に嵌め込まれて、前記筒状部において前記外部リード部と接触する接続端子と、
   を備える、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサにおいて、
   前記センサ素子の後端部は、前記センサ素子への非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも外径が大きく、前記センサ素子へと前記筒状部が嵌め込まれた時には前記筒状部の内表面と接触する基体部と、前記基体部の後端側に形成されて、前記非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも少なくとも後端側の外径が小さい縮径部とを備え、
   前記センサ素子の外表面における前記外部リード部の後端が、前記基体部と前記縮径部との境界上に配置されていることを特徴とする
   ガスセンサ。
2. 請求項１記載のガスセンサであって、さらに、
   前記筒状部は、前記接続端子の最先端に設けられていることを特徴とする
   ガスセンサ。
3. 請求項１又は２記載のガスセンサであって、さらに、
   前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の少なくとも前記縮径部を露出させる主体金具を備え、
   前記センサ素子の後端部に嵌め込まれた前記筒状部の先端部は、前記主体金具内に配置されている
   ガスセンサ。
4. 請求項１又は２記載のガスセンサであって、さらに、
   前記センサ素子を取り囲むと共に、前記センサ素子の後端部を露出させる主体金具を備え、
   前記筒状部は、軸線方向に平行なスリットを有し、該スリットの幅を伸縮させることにより、径方向に弾性変形可能となっており、
   前記外部リード部の後端部には、前記基体部と前記縮径部の境界を後端としつつ前記センサ素子の外周に沿って前記センサ素子の外表面の一部に伸長するリングリード部を備え、
   前記センサ素子は、前記リングリード部が前記主体金具から露出するように前記主体金具に取り囲まれている
   ガスセンサ。
5. 請求項１ないし４いずれか記載のガスセンサであって、
   前記縮径部は、前記センサ素子への非嵌め込み状態にあるときの前記筒状部の内径よりも小さい一定の外径を有する小径部と、前記基体部と前記小径部との間に形成された段差部とを備える
   ガスセンサ。
6. 請求項１ないし４いずれか記載のガスセンサであって、
   前記縮径部は、前記基体部との境界から前記センサ素子の後端に向かって、次第に外径が小さくなるテーパ部である
   ガスセンサ。