JP2013011501A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の小型化が容易なガスセンサを提供すること。
【解決手段】有底筒状に形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなるセンサ素子２と、センサ素子２の内側に挿入配置された棒状のヒータ３と、ヒータ３の基端部における互いに反対側の面に設けられた一対のヒータ電極３１に接触する一対のヒータバネ端子４と、ヒータバネ端子４を保持する端子保持部５１を備えた絶縁保持部材５とを有するガスセンサ１。一対のヒータバネ端子４は、ガスセンサ１の軸方向Ｚに直交する断面の形状において互いの対向面４２０のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。

例えば、車両用エンジン等の内燃機関における排気系に、排ガス等の被測定ガス中における酸素等の特定ガスの濃度を検出するガスセンサが配設されている。かかるガスセンサとして、有底筒状に形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなるセンサ素子と、該センサ素子の内側に挿入配置された棒状のヒータとを備えたものがある（特許文献１等）。

このようなヒータ付きのガスセンサにおいては、ヒータへの通電を行うために、ヒータの基端部に設けられた一対のヒータ電極と外部リードとの電気的接点を確保する必要がある。そのために、特許文献１に記載のガスセンサは、ヒータ電極に対して接触する一対のヒータバネ端子を備えている。

特開２００８−１３４２１９号公報

しかしながら、近年、特にガスセンサの小型化が要求され、軸方向長さをできるだけ小さくすることが求められることがある。かかる状況において、ガスセンサの軸方向におけるヒータバネ端子の長さが長くなると、ガスセンサの小型化に不利となる。
上記特許文献１に記載のガスセンサにおいては、一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に平行な断面の形状において互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。つまり、ヒータバネ端子の屈曲部がガスセンサの軸方向を向いている（特許文献１の図１（ｂ）、図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）。

このようなヒータバネ端子の配置の場合、ガスセンサの軸方向におけるヒータバネ端子の長さをある程度確保しないと、充分な弾性変形量を得ることが困難である。その結果、ガスセンサの軸方向におけるヒータバネ端子の寸法が大きくなりやすく、ガスセンサの軸方向の小型化が困難となりやすい。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、軸方向の小型化が容易なガスセンサを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、有底筒状に形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなるセンサ素子と、
該センサ素子の内側に挿入配置された棒状のヒータと、
該ヒータの基端部における互いに反対側の面に設けられた一対のヒータ電極に接触する一対のヒータバネ端子と、
該ヒータバネ端子を保持する端子保持部を備えた絶縁保持部材とを有するガスセンサであって、
上記一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に直交する断面の形状において互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

上記ガスセンサにおいて、上記一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に直交する断面の形状において互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。このような上記ヒータバネ端子の配置を採用すれば、上記ガスセンサの軸方向における上記ヒータバネ端子の寸法を小さくしても、ヒータバネ端子の弾性変形量を充分に確保することができる。つまり、ヒータバネ端子の機能を確保しつつ、ガスセンサの軸方向におけるヒータバネ端子の寸法を小さくすることができる。
その結果、ガスセンサの軸方向の小型化を容易にすることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、軸方向の小型化が容易なガスセンサを提供することができる。

実施例１における、ガスセンサの縦断面図。 実施例１における、ガスセンサの他の縦断面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、一対のヒータバネ端子の平面図。 実施例１における、図１のＢ−Ｂ線矢視断面相当の絶縁保持部材およびヒータの断面図。 実施例１における、図１のＣ−Ｃ線矢視断面相当のヒータ保持部材およびヒータの断面図。 実施例１における、図１のＤ−Ｄ線矢視断面相当の絶縁保持部材および一対のヒータバネ端子の断面図。 実施例１における、グランド電極部材の平面図。 実施例１における、ガスセンサの組立説明図。 実施例２における、一対のヒータバネ端子の平面図。 実施例３における、ガスセンサの断面図。

上記ガスセンサとしては、例えば自動車や二輪車等の各種車両用内燃機関の排気系に設置して、排ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ、排ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサなどがある。
また、上記の「互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成」とは、例えば、上記一対のヒータバネ端子の間に上記ヒータを配設する前と配設した後とにおいて、上記一対のヒータバネ端子における対向面のなす角度が変化することにより、上記ヒータへの押圧力が付与されるよう構成されていることを意味する。
本明細書においては、上記ガスセンサについて、被測定ガスに晒される軸方向端部側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記ヒータバネ端子は、屈曲した板バネ部材からなり、上記ヒータ電極と反対側から上記絶縁保持部材に支承される基板部と、上記対向面を構成する対向部と、上記基板部と上記対向部とを連結する屈曲部とを有し、上記一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に直交する方向であって互いに同一の方向に上記屈曲部を向けて配置してあることが好ましい（請求項２）。この場合には、充分な弾性変形量を確保しつつガスセンサの軸方向における寸法を小さくした上記ヒータバネ端子を、容易に形成することができる。

また、上記ヒータバネ端子は、上記基板部における上記屈曲部と反対側の後端部を、上記絶縁保持部材における上記端子保持部の内壁に当接させていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記端子保持部において上記ヒータバネ端子を安定して保持することができる。その結果、ヒータバネ端子とヒータ電極との間の相対的な振動によってヒータ電極が摩耗することを抑制することができる。また、特にヒータバネ端子の弾性変形量を充分に確保するために接点部を後端部に近い側に配置することとなる場合、接点部に近い後端部において端子保持部にヒータバネ端子が固定されることとなるため、接点部の振動を効果的に抑制することができる。

また、上記絶縁保持部材は、上記端子保持部の先端側に、上記ヒータを挿通するヒータ挿通溝を備え、上記端子保持部及び上記ヒータ挿通溝は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開口していることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記ヒータの傾きを抑制することができると共に、上記絶縁保持部材に対する上記ヒータの組み付けを容易に行うことができる。つまり、上記ヒータ挿通溝を設けることにより、そこに挿通配置した上記ヒータがガスセンサの軸方向に対して傾くことを抑制することができる。また、上記端子保持部及び上記ヒータ挿通溝が、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開口していることにより、上記屈曲部側から上記ヒータを絶縁保持部材に挿入することができる。その結果、絶縁保持部材へのヒータの組み付けが容易となる。

また、上記センサ素子と上記ヒータとの間には、上記ヒータを保持すると共に上記センサ素子の内側面に接触するヒータ保持部材が配設されており、該ヒータ保持部材は、上記絶縁保持部材の先端面に当接しており、上記ヒータ挿通溝の幅方向における上記ヒータ保持部材の幅は、上記絶縁保持部材との当接端において、上記ヒータ挿通溝の幅よりも大きいことが好ましい（請求項５）。この場合には、上記ガスセンサの組み立てを容易にすると共に、ヒータ保持部材とヒータバネ端子との間の絶縁を確保することができる。つまり、絶縁保持部材に保持させたヒータを、センサ素子の内側に挿入して組み付けを行う場合、ヒータに装着したヒータ保持部材を上記絶縁保持部材によってセンサ素子へ向かって押し込むことができる。これにより、容易にガスセンサの組み付けを行うことができる。また、上記ヒータ挿通溝の幅方向における上記ヒータ保持部材の幅は、上記絶縁保持部材との当接端において、上記ヒータ挿通溝の幅よりも大きいため、ヒータ保持部材が絶縁保持部材の先端面よりも基端側へずれることを防ぎ、ヒータ保持部材とヒータバネ端子との絶縁を確保することができる。

また、上記ヒータ保持部材は、上記一対のヒータバネ端子の並び方向と同じ方向から上記ヒータを挟持しており、該ヒータ保持部材は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開放端を備えていることが好ましい（請求項６）。この場合には、上記ヒータを上記端子保持部及び上記ヒータ保持部材に装着する際に、同じ方向からヒータを挿入することができるため、組み付けが容易となる。

また、上記ヒータバネ端子は、上記基板部から上記ガスセンサの軸方向の基端側へ向かって延びる端子リード部を備え、上記絶縁保持部材は、上記端子リード部を挿通するリード挿通溝を備え、該リード挿通溝は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開口しており、上記リード挿通溝の幅方向における上記ヒータバネ端子の幅は上記リード挿通溝の幅よりも大きいことが好ましい（請求項７）。この場合には、上記端子リード部が基端側へ引っ張られるような外力が作用したときにも、上記ヒータバネ端子が上記リード挿通溝を通過することを防ぎ、絶縁保持部材からのヒータバネ端子の抜けを確実に防ぐことができる。

また、上記ヒータは、上記一対のヒータバネ端子の上記屈曲部側と反対側の後端面を、上記絶縁保持部材における上記端子保持部の内壁に当接させており、上記ヒータバネ端子は、上記基板部における上記屈曲部と反対側の後端部を上記端子保持部の内壁に当接させていることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記ヒータバネ端子の屈曲部の突出方向におけるヒータバネ端子とヒータとの位置決めを容易に行うことができる。その結果、ヒータバネ端子とヒータ電極との間の接点ずれを確実に防ぐことができる。

また、上記絶縁保持部材は、上記ヒータの基端部を当接させる天井部を有することが好ましい（請求項９）。この場合には、上記ヒータの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。その結果、センサ素子に対するヒータの軸方向の位置精度を高めることができ、センサ素子の加熱性能を安定させることができる。

また、上記天井部は、上記ヒータの基端部を配置する天井凹部を有することが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記ヒータの基端部が軸方向に直交する方向にずれることを防ぎ、ヒータの傾斜を防ぐことができる。これにより、センサ素子に対するヒータの傾きを防ぎ、センサ素子の加熱性能を安定させることができる。なお、上記天井凹部は、その輪郭部においてテーパ部を備えていてもよい。この場合には、ヒータの寸法バラツキや天井凹部の寸法バラツキの影響を抑制して、より安定した位置決めを行うことができる。

また、上記ガスセンサは、上記センサ素子を保持すると共に該センサ素子における測定電極に電気的に接続された金属製のハウジングと、該ハウジングの基端側に固定されると共に電気的に導通しかつ上記絶縁保持部材を内側に収容する金属製の基端側カバーと、該基端側カバーと上記絶縁保持部材との間に介在するグランド電極部材とを有し、該グランド電極部材は、上記絶縁保持部材の外周に配置されるリング部と、該リング部から外側に向かって形成された複数の外側バネ部と、上記リング部から基端側へ延びるグランドリード部とを有し、該グランドリード部は、上記ガスセンサの外において接地される接地外部リードに電気的に接続されていることが好ましい（請求項１１）。この場合には、上記グランドリード部に、ガスセンサ内における上記絶縁保持部材の保持固定と、センサ素子の測定電極と接地外部リードとの間の電気的接続との双方の機能を課すことができる。これにより、ガスセンサの部品点数を低減することができる。

また、上記グランド電極部材における上記外側バネ部の付勢方向は、上記ヒータバネ端子の付勢方向とずれていることが好ましい（請求項１２）。この場合には、グランド電極部材における外側バネ部の付勢力が、上記ヒータバネ端子によるヒータ電極への押圧荷重に影響を与えることを抑制することができる。その結果、ヒータバネ端子とヒータ電極との接点圧を安定して確保することができる。

（実施例１）
実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図９を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１、図２に示すごとく、有底筒状に形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなるセンサ素子２を有する。そして、ガスセンサ１は、センサ素子２の内側に挿入配置された棒状のヒータ３と、ヒータ３の基端部における互いに反対側の面に設けられた一対のヒータ電極３１に接触する一対のヒータバネ端子４と、ヒータバネ端子４を保持する端子保持部５１を備えた絶縁保持部材５とを有する。

一対のヒータバネ端子４は、図３に示すごとく、ガスセンサ１の軸方向Ｚ（以下において、適宜、単に「軸方向Ｚ」という。）に直交する断面の形状において互いの対向面４２０のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。
ヒータバネ端子４は、図３、図４に示すごとく、屈曲した板バネ部材からなり、ヒータ電極３１と反対側から絶縁保持部材５に支承される基板部４１と、対向面４２０を構成する対向部４２と、基板部４１と対向部４２とを連結する屈曲部４３とを有する。一対のヒータバネ端子４は、ガスセンサ１の軸方向Ｚに直交する方向であって互いに同一の方向に屈曲部４３を向けて配置してある。ここで、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向を、適宜「前方」といい、これと反対方向を適宜「後方」といい、これら前方及び後方に沿った方向を、適宜「前後方向Ｘ」という

ヒータバネ端子４は、ステンレス鋼、ニッケル合金等の金属板を屈曲した板バネ部材からなる。そして、ヒータバネ端子４は、基板部４１の前端において、屈曲部４３を介して略Ｕ字状に折り返されて対向部４２を構成している。また、ヒータバネ端子４は、対向部４２の後端においてさらに基板部４１側に略Ｕ字状の折り返された折返し部４４を有する。図３に示すごとく、ヒータバネ端子４がヒータ電極３１に当接した状態においては、折返し部４４の前端は、基板部４１の表面に接触している。

ヒータバネ端子４は、基板部４１における屈曲部４３と反対側の後端部４１１を、絶縁保持部材５における端子保持部５１の内壁に当接させている。絶縁保持部材５は、前方に開口した端子保持部５１を有する。そして、端子保持部５１は、前方の開口側と反対側に配された後方壁部５２１と、軸方向Ｚ及び前後方向Ｘに直交する方向（これを適宜「横方向Ｙ」という。）の両側に配された側方壁部５２２とによって囲まれている。
ヒータバネ端子４における基板部４１は、側方壁部５２２によって支承されており、基板部４１の後端部４１１は、後方壁部５２１に当接している。つまり、後端部４１１は、後方壁部５２１と側方壁部５２２との間の角部に当接している。

図１、図５に示すごとく、絶縁保持部材５は、端子保持部５１の先端側に、ヒータ３を挿通するヒータ挿通溝５３を備えている。図３、図５に示すごとく、端子保持部５１及びヒータ挿通溝５３は、ヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向、すなわち前後方向Ｘの前方に開口している。

ヒータ３は、軸方向Ｚに直交する断面の形状が略長方形状の板棒形状を有する。また、ヒータ３は、主としてアルミナからなり、先端部付近に配された発熱部と、該発熱部とヒータ電極３１とを電気的に接続するヒータリードとを内部に形成してなる（図示略）。
また、センサ素子２は、主としてジルコニアからなり、図１、図２に示すごとく、有底円筒状のいわゆるコップ型の形状を有する。そして、有底円筒形状における閉塞された端部側を先端側に向けて配置してある。

センサ素子２は、その先端部付近において、内側面に形成された基準電極と、外側面に形成された測定電極とからなるセンサセルを構成してなる（図示略）。基準電極には、基準ガスとしての大気が接触するよう構成されており、測定電極には被測定ガス（排ガス）が接触するよう構成されている。また、ヒータ３は、センサ素子２の内側に挿通配置され、その発熱部が上記センサセル付近に配置されている。これにより、ヒータ３がセンサセルを効率的に加熱することができるよう構成されている。

ガスセンサ１において、センサ素子２は、金属製のハウジング１１の内側に保持されている。そして、測定電極はハウジング１１と電気的に接続されている。また、ハウジング１１の先端側には、センサ素子２の先端部を覆うように先端側カバー１２が固定されている。先端側カバー１２には、被測定ガスを内部に導入するためのガス導入孔１２１が複数形成されている。
一方、ハウジング１１の基端側には、絶縁保持部材５を内側に収容する基端側カバー１３が固定されている。
ハウジング１１、先端側カバー１２、基端側カバー１３は、いずれも、ステンレス鋼等の金属からなる。

センサ素子２とヒータ３との間には、ヒータ３を保持すると共にセンサ素子２の内側面に接触するヒータ保持部材１４が配設されている。ヒータ保持部材１４は、絶縁保持部材５の先端面５４に当接している。図１に示すごとく、ヒータ挿通溝５３の幅方向（横方向Ｙ）におけるヒータ保持部材１４の幅は、絶縁保持部材５との間の当接端において、ヒータ挿通溝５３の幅よりも大きい。

ヒータ保持部材１４は、一対のヒータバネ端子４の並び方向と同じ方向、すなわち横方向Ｙからヒータ３を挟持している。また、ヒータ保持部材１４は、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向、すなわち前方に開放端１４１を備えている。ヒータ保持部材１４は、図６に示すごとく、軸方向Ｚに直交する断面の形状において略Ｃ字状を有し、その開放端１４１が前方を向く状態で組み付けられている。図１、図２に示すごとく、ヒータ保持部材１４は、先端部において、ヒータ３を横方向Ｙから挟持する挟持部１４２を有する。また、挟持部１４２よりも基端側の部分において、ヒータ保持部材１４は、センサ素子２の内側面に圧接される圧接部１４３を有する。これにより、ヒータ保持部材１４は、センサ素子２の内側に形成され基準電極に電気的に接続された電極パッドに接触している。

また、ヒータ保持部材１４は、図２に示すごとく、圧接部１４３から基端側に延びる内側リード部１４４を有する。内側リード部１４４は、絶縁保持部材５における後方壁部５２１の後方に形成された後方溝部５２３（図３参照）を通って、絶縁保持部材５よりも基端側へ延びている。

また、図１に示すごとく、ヒータバネ端子４は、基板部４１からガスセンサ１の軸方向Ｚの基端側へ向かって延びる端子リード部４５を備えている。図１、図７に示すごとく、絶縁保持部材５は、端子リード部４５を挿通するリード挿通溝５５を備えている。リード挿通溝５５は、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向、すなわち前方に開口している。リード挿通溝５５の幅方向（横方向Ｙ）におけるヒータバネ端子４の幅はリード挿通溝５５の幅よりも大きい。
なお、ヒータバネ端子４は、端子リード部４５を除いた部分の寸法として、軸方向Ｚの寸法よりも、前後方向Ｘの寸法の方が大きい。

図３に示すごとく、ヒータ３は、後端面３２を、絶縁保持部材５における端子保持部５１の内壁に当接させ、ヒータバネ端子４は、基板部４１の後端部４１１を端子保持部５１の内壁に当接させている。具体的には、ヒータ３の後端面３２及びヒータバネ端子４の後端部４１１は、後方壁部５２１に当接している。

また、図１、図２に示すごとく、絶縁保持部材５は、ヒータ３の基端部を当接させる天井部５６を有する。すなわち、絶縁保持部材５は、端子保持部５１の基端側を一部覆うように天井部５６を設けてなる。絶縁保持部材５における一対のリード挿通溝５５は、天井部５６の横方向Ｙの両側に形成されている。
天井部５６は、ヒータ３の基端部を配置する天井凹部５６１を有する。また、天井凹部５６１は、その輪郭部において、先端側へ向かって拡開するテーパ部を備えている。

ガスセンサ１は、基端側カバー１３と絶縁保持部材５との間に介在するグランド電極部材１５を有する。グランド電極部材１５は、図３、図８に示すごとく、絶縁保持部材５の外周に配置されるリング部１５１と、リング部１５１から外側に向かって形成された複数の外側バネ部１５２と、リング部１５１から基端側へ延びるグランドリード部１５３とを有する。グランドリード部１５３は、図２に示すごとく、ガスセンサ１の外において接地される接地外部リード１７１に電気的に接続されている。

図８に示すごとく、リング部１５１は、後方に開放部を備えた略円環状の形状を有する。リング部１５１は、絶縁保持部材５をその外周から保持するよう構成されている。また、外側バネ部１５２は、リング部１５１の外周に、約９０°の角度の配設ピッチにて、４個形成されている。外側バネ部１５２は、リング部１５１の基端部から外側へ折り返されて先端側へ延びるように形成されている。グランドリード部１５３は、リング部１５１における前方側の基端部から、ガスセンサ１の中心軸側へ段階的に屈曲しながら、絶縁保持部材５よりも基端側へ延びている。なお、グランド電極部材１５は、ステンレス鋼、ニッケル合金等の金属からなる。

グランド電極部材１５における外側バネ部１５２の付勢方向は、ヒータバネ端子４の付勢方向とずれている。つまり、図３に示すごとく、ヒータバネ端子４の付勢方向は、横方向Ｙであるが、グランド電極部材１５における外側バネ部１５２の付勢方向は、これに対して斜めである。具体的には、外側バネ部１５２の付勢方向は、横方向Ｙに対して約４５°の角度をなしている。

なお、図１、図２はそれぞれ、基本的にはガスセンサ１の中心軸を含む平面による断面であって、互いに直交する断面を表す図であるが、ヒータ３、ヒータバネ端子４、及びヒータ保持部材１４については、断面ではなく正面図となっている。また、図１において、グランド電極部材１５の外側バネ部１５２は、本来断面として見えない位置にあるが、便宜的にこれを表している。

グランドリード部１５３、内側リード部１４４、及び一対の端子リード部４５は、いずれも絶縁保持部材５よりも基端側まで延びており、それぞれ外部リード１７に接続されている。つまり、グランドリード部１５３は、ガスセンサ１の外部において接地される接地外部リード１７１に接続されている。また、内側リード部１４４は、ガスセンサ１のセンサ信号を処理するセンサ回路に電気的に接続される信号外部リード１７２に接続されている。また、一対の端子リード部４５は、ヒータ３への通電を行うための一対の通電用外部リード１７３にそれぞれ接続されている。
ガスセンサ１は、基端側カバー１３の基端部にゴムブッシュ１６を配設してなる。そして、４本の外部リード１７は、ゴムブッシュ１６を軸方向Ｚに貫通して外部へ延びている。

ガスセンサ１を組み立てるにあたっては、まず、端子保持部５１に予め一対のヒータバネ端子４を装着した状態の絶縁保持部材５に対して、その前方からヒータ３を挿入する。このとき、ヒータ３が、ヒータ挿通溝５３に配置されるようにする。また、ヒータ保持部材１４にも、その開放端１４１からヒータ３が挿入されるようにする。

次に、図９に示すごとく、ヒータ３が絶縁保持部材５に組み付けられたサブアッシーであって、基端側カバー１３や外部リード１７等も一体化された基端側サブアッシー１０１を、ハウジング１１にセンサ素子２を装着すると共に先端側カバー１２を組み付けてなる先端側サブアッシー１０２に組み付ける。

このとき、ヒータ３がセンサ素子２の内側に先端側から軸方向に挿入されるように、基端側サブアッシー１０１を基端側サブアッシー１０２に近付ける。そして、基端側カバー１３の先端部が、ハウジング１１の基端部に嵌合すると共に、ヒータ保持部材１４がセンサ素子２の内側に嵌合される。

つまり、ヒータ保持部材１４は、絶縁保持部材５の先端面５４によって先端側へ押し込まれ、センサ素子２の内側に嵌入される。これにより、基端側サブアッシー１０１が先端側サブアッシー１０２に組み付けられた状態において、ヒータ保持部材１４は、ヒータ３を挟持すると共にセンサ素子２の内側面に圧接する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
ガスセンサ１において、一対のヒータバネ端子４は、軸方向Ｚに直交する断面の形状において互いの対向面４２０のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。このようなヒータバネ端子４の配置を採用すれば、軸方向Ｚにおけるヒータバネ端子４の寸法を小さくしても、ヒータバネ端子４の弾性変形量を充分に確保することができる。つまり、ヒータバネ端子４の機能を確保しつつ、軸方向Ｚにおけるヒータバネ端子４の寸法を小さくすることができる。
その結果、ガスセンサ１の軸方向の小型化を容易にすることができる。

また、ヒータバネ端子４は基板部４１と対向部４２と屈曲部４３とを有し、一対のヒータバネ端子４は、軸方向Ｚに直交する方向であって互いに同一の方向に屈曲部４３を向けて配置してある。これにより、充分な弾性変形量を確保しつつ軸方向Ｚにおける寸法を小さくしたヒータバネ端子４を、容易に形成することができる。

また、ヒータバネ端子４は、基板部４１の後端部４１１を、絶縁保持部材５における端子保持部５１の内壁に当接させている。これにより、端子保持部５１においてヒータバネ端子４を安定して保持することができる。その結果、ヒータバネ端子４とヒータ電極３１との間の相対的な振動によってヒータ電極３１が摩耗することを抑制することができる。また、特にヒータバネ端子４の弾性変形量を充分に確保するために接点部を後端部４１１に近い側に配置しているが、接点部に近い後端部４１１において端子保持部５１にヒータバネ端子４が固定されることとなるため、接点部の振動を効果的に抑制することができる。

また、絶縁保持部材５は、端子保持部５１の先端側にヒータ挿通溝５３を備え、端子保持部５１及びヒータ挿通溝５３は、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向（前方）に開口している。これにより、ヒータ３の傾きを抑制することができると共に、絶縁保持部材５に対するヒータ３の組み付けを容易に行うことができる。つまり、ヒータ挿通溝５３を設けることにより、そこに挿通配置したヒータ３がガスセンサ１の軸方向Ｚに対して傾くことを抑制することができる。また、端子保持部５１及びヒータ挿通溝５３が、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向に開口していることにより、屈曲部４３側からヒータ３を絶縁保持部材５に挿入することができる。その結果、絶縁保持部材５へのヒータ３の組み付けが容易となる。

また、センサ素子２とヒータ３との間にはヒータ保持部材１４が配設されており、ヒータ保持部材１４は、絶縁保持部材５の先端面５４に当接している。そして、ヒータ挿通溝５３の幅方向におけるヒータ保持部材１４の幅は、絶縁保持部材５との当接端において、ヒータ挿通溝５３の幅よりも大きい。それゆえ、ガスセンサ１の組み立てを容易にすると共に、ヒータ保持部材１４とヒータバネ端子４との間の絶縁を確保することができる。つまり、絶縁保持部材５に保持させたヒータ３を、センサ素子２の内側に挿入して組み付けを行う場合、ヒータ３に装着したヒータ保持部材１４を絶縁保持部材５によってセンサ素子２へ向かって押し込むことができる。これにより、容易にガスセンサ１の組み付けを行うことができる。また、ヒータ挿通溝５３の幅方向におけるヒータ保持部材１４の幅は、絶縁保持部材５との当接端において、ヒータ挿通溝５３の幅よりも大きいため、ヒータ保持部材１４が絶縁保持部材５の先端面５４よりも基端側へずれることを防ぎ、ヒータ保持部材１４とヒータバネ端子４との絶縁を確保することができる。

また、ヒータ保持部材１４は、一対のヒータバネ端子４の並び方向（横方向Ｙ）と同じ方向からヒータ３を挟持しており、ヒータ保持部材１４は、一対のヒータバネ端子４における屈曲部４３が向く方向に開放端１４１を備えている。これにより、ヒータ３を端子保持部５１及びヒータ保持部材１４に装着する際に、同じ方向からヒータ３を挿入することができるため、組み付けが容易となる。

また、絶縁保持部材５は、ヒータバネ端子４の端子リード部４５を挿通するリード挿通溝５５を備え、リード挿通溝５５の幅方向におけるヒータバネ端子４の幅はリード挿通溝５５の幅よりも大きい。これにより、端子リード部４５が基端側へ引っ張られるような外力が作用したときにも、ヒータバネ端子４がリード挿通溝５５を通過することを防ぎ、絶縁保持部材５からのヒータバネ端子４の抜けを確実に防ぐことができる。

また、ヒータ３は後端面３２を、絶縁保持部材５における端子保持部５１の内壁（後方壁部５２１）に当接させており、ヒータバネ端子４は、基板部４１の後端部４１１を端子保持部５１の内壁（後方壁部５２１）に当接させている。これにより、ヒータバネ端子４の屈曲部４３の突出方向におけるヒータバネ端子４とヒータ３との位置決めを容易に行うことができる。その結果、ヒータバネ端子４とヒータ電極３１との間の接点ずれを確実に防ぐことができる。

また、絶縁保持部材５は、ヒータ３の基端部を当接させる天井部５６を有する。これにより、ヒータ３の軸方向Ｚの位置決めを容易に行うことができる。その結果、センサ素子２に対するヒータ３の軸方向Ｚの位置精度を高めることができ、センサ素子２の加熱性能を安定させることができる。

また、天井部５６は、ヒータ３の基端部を配置する天井凹部５６１を有する。これにより、ヒータ３の基端部が軸方向に直交する方向にずれることを防ぎ、ヒータ３の傾斜を防ぐことができる。そのため、センサ素子２に対するヒータ３の傾きを防ぎ、センサ素子２の加熱性能を安定させることができる。なお、天井凹部５６は、その輪郭部においてテーパ部を備えていているため、ヒータ３の寸法バラツキや天井凹部５６の寸法バラツキの影響を抑制して、より安定した位置決めを行うことができる。

また、ガスセンサ１は、基端側カバー１３と絶縁保持部材５との間に介在するグランド電極部材１５を有する。そして、グランド電極部材１５は、リング部１５１と複数の外側バネ部１５２とグランドリード部１５３とを有し、グランドリード部１５３は、接地外部リード１７１に電気的に接続されている。これにより、グランドリード部１５３に、ガスセンサ１内における絶縁保持部材５の保持固定と、センサ素子２の測定電極と接地外部リード１７１との間の電気的接続との双方の機能を課すことができる。これにより、ガスセンサ１の部品点数を低減することができる。

また、グランド電極部材１５における外側バネ部１５２の付勢方向は、ヒータバネ端子４の付勢方向とずれている。そのため、グランド電極部材１５における外側バネ部１５２の付勢力が、ヒータバネ端子４によるヒータ電極３１への押圧荷重に影響を与えることを抑制することができる。その結果、ヒータバネ端子４とヒータ電極３１との接点圧を安定して確保することができる。

以上のごとく、本例によれば、軸方向の小型化が容易なガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図１０に示すごとく、ヒータバネ端子４の形状を変更した例である。
本例においては、ヒータバネ端子４が、実施例１において示したヒータバネ端子４（図３）における折返し部４４を有しない。つまり、本例においては、ヒータバネ端子４は、基板部４１と、基板部４１の前端において屈曲部４３を介して略Ｕ字状に折り返されて対向部４２とからなる。そして、対向部４２における後端（屈曲部４３と反対側の端部）は、基板部４１側に屈曲している。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。

（実施例３）
本例は、図１１に示すごとく、ヒータバネ端子４の形状を大幅に変更した例である。
ただし、軸方向Ｚに直交する断面の形状において互いの対向面４２０のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている点については、実施例１、２と同様である。

本例において、一対のヒータバネ端子４は、後端部４１１から前方へ向かって互いに近付く方向に傾斜した後方傾斜部４１３と、前端部４２１から後方へ向かって互いに近付くように傾斜した前方傾斜部４２３と、両者の間に形成された湾曲部４３３とを有する。この湾曲部４３３において、ヒータ３のヒータ電極３１と接触する接点部が形成されている。また、ヒータバネ端子４の前端部４２１には、絶縁保持部材５の端子保持部５１の壁面に向かって凸となる曲面が形成されている。

そして、ヒータバネ端子４は、後端部４１１を端子保持部５１の内壁の角部（後方壁部５２１と側方壁部５２２との間の角部）に当接させ、前端部４２１を側方壁部５２２に当接させている。
絶縁保持部材５に装着された一対のヒータバネ端子４の間にヒータ３を嵌入させる際には、ヒータ３を前方から押し込む。すると、ヒータ３が一対のヒータバネ端子４の前方傾斜部４２３に当接した後、一対のヒータバネ端子４が、両者の湾曲部４３３の間の間隔が広がるようにそれぞれ弾性変形する。このとき、ヒータバネ端子４の前端部４２１は前方へ向かって側方壁部５２２の内表面を摺動する。そして、ヒータ３の後端面３２が後方壁部５２１に当接するまでヒータ３を押し込むことにより、一対のヒータ電極３１が一対のヒータバネ端子４の湾曲部４３３に接触した状態で、ヒータ３が絶縁保持部材５に装着される。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、実施例１、２と同様に、一対のヒータバネ端子４は、軸方向Ｚに直交する断面の形状において互いの対向面４２０のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている。それゆえ、実施例１、２と同様に、ヒータバネ端子４の機能を確保しつつ、軸方向Ｚにおけるヒータバネ端子４の寸法を小さくすることができる。
その結果、ガスセンサ１の軸方向Ｚの小型化を容易にすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

一対のヒータバネ端子の形状は、上述した実施例に開示したものに限らず、「上記ガスセンサの軸方向に直交する断面の形状において互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている」ものであれば、他の形状であってもよい。ただし、上記の「互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成」とは、例えば、上記一対のヒータバネ端子の間に上記ヒータを配設する前と配設した後とにおいて、上記一対のヒータバネ端子における対向面のなす角度が変化することにより、上記ヒータへの押圧力が付与されるよう構成されていることを意味する。

また、上記ヒータの形状として、上記実施例においては、軸方向Ｚに直交する断面が長方形となる角棒状のものを示したが、これに限らず、軸方向Ｚに直交する断面形状が、例えば円形や楕円形等、他の形状とすることもできる。

１ ガスセンサ
２ センサ素子
３ ヒータ
３１ ヒータ電極
４ ヒータバネ端子
４２０ 対向面
５ 絶縁保持部材
５１ 端子保持部

Claims (12)

1. 有底筒状に形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなるセンサ素子と、
   該センサ素子の内側に挿入配置された棒状のヒータと、
   該ヒータの基端部における互いに反対側の面に設けられた一対のヒータ電極に接触する一対のヒータバネ端子と、
   該ヒータバネ端子を保持する端子保持部を備えた絶縁保持部材とを有するガスセンサであって、
   上記一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に直交する断面の形状において互いの対向面のなす角度が変化するように弾性変形できるよう構成されている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において、上記ヒータバネ端子は、屈曲した板バネ部材からなり、上記ヒータ電極と反対側から上記絶縁保持部材に支承される基板部と、上記対向面を構成する対向部と、上記基板部と上記対向部とを連結する屈曲部とを有し、上記一対のヒータバネ端子は、上記ガスセンサの軸方向に直交する方向であって互いに同一の方向に上記屈曲部を向けて配置してあることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項２に記載のガスセンサにおいて、上記ヒータバネ端子は、上記基板部における上記屈曲部と反対側の後端部を、上記絶縁保持部材における上記端子保持部の内壁に当接させていることを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項２又は３に記載のガスセンサにおいて、上記絶縁保持部材は、上記端子保持部の先端側に、上記ヒータを挿通するヒータ挿通溝を備え、上記端子保持部及び上記ヒータ挿通溝は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開口していることを特徴とするガスセンサ。
5. 請求項４に記載のガスセンサにおいて、上記センサ素子と上記ヒータとの間には、上記ヒータを保持すると共に上記センサ素子の内側面に接触するヒータ保持部材が配設されており、該ヒータ保持部材は、上記絶縁保持部材の先端面に当接しており、上記ヒータ挿通溝の幅方向における上記ヒータ保持部材の幅は、上記絶縁保持部材との当接端において、上記ヒータ挿通溝の幅よりも大きいことを特徴とするガスセンサ。
6. 請求項５に記載のガスセンサにおいて、上記ヒータ保持部材は、上記一対のヒータバネ端子の並び方向と同じ方向から上記ヒータを挟持しており、該ヒータ保持部材は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開放端を備えていることを特徴とするガスセンサ。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、上記ヒータバネ端子は、上記基板部から上記ガスセンサの軸方向の基端側へ向かって延びる端子リード部を備え、上記絶縁保持部材は、上記端子リード部を挿通するリード挿通溝を備え、該リード挿通溝は、上記一対のヒータバネ端子における上記屈曲部が向く方向に開口しており、上記リード挿通溝の幅方向における上記ヒータバネ端子の幅は上記リード挿通溝の幅よりも大きいことを特徴とするガスセンサ。
8. 請求項２〜７のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、上記ヒータは、上記一対のヒータバネ端子の上記屈曲部側と反対側の後端面を、上記絶縁保持部材における上記端子保持部の内壁に当接させており、上記ヒータバネ端子は、上記基板部における上記屈曲部と反対側の後端部を上記端子保持部の内壁に当接させていることを特徴とするガスセンサ。
9. 請求項２〜８のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、上記絶縁保持部材は、上記ヒータの基端部を当接させる天井部を有することを特徴とするガスセンサ。
10. 請求項９に記載のガスセンサにおいて、上記天井部は、上記ヒータの基端部を配置する天井凹部を有することを特徴とするガスセンサ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、該ガスセンサは、上記センサ素子を保持すると共に該センサ素子における測定電極に電気的に接続された金属製のハウジングと、該ハウジングの基端側に固定されると共に電気的に導通しかつ上記絶縁保持部材を内側に収容する金属製の基端側カバーと、該基端側カバーと上記絶縁保持部材との間に介在するグランド電極部材とを有し、該グランド電極部材は、上記絶縁保持部材の外周に配置されるリング部と、該リング部から外側に向かって形成された複数の外側バネ部と、上記リング部から基端側へ延びるグランドリード部とを有し、該グランドリード部は、上記ガスセンサの外において接地される接地外部リードに電気的に接続されていることを特徴とするガスセンサ。
12. 請求項１１に記載のガスセンサにおいて、上記グランド電極部材における上記外側バネ部の付勢方向は、上記ヒータバネ端子の付勢方向とずれていることを特徴とするガスセンサ。

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