JP2014052254A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】接続端子がセンサ素子を把持する力を強めて、接続端子と外側電極の接続の信頼性を高める。
【解決手段】
軸線方向の先端側に底部が延出する有底筒状に形成されて固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の先端部の外表面に設けられた外側電極と、固体電解質体の外表面において外側電極から後端部側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、センサ素子の検出信号を取り出すためのリード線と、径方向に弾性変形可能であってセンサ素子の後端部外表面に嵌め込まれて外部リード部に接する筒状部を備え、該筒状部を介して外側電極とリード線とを電気的に接続する接続端子と、を備えるガスセンサにおいて、筒状部は、該筒状部の周方向に延出して設けられ、筒状部の剛性を高めることにより、筒状部が径方向外側に広げられたときに生じる反力を強める剛性付与部を備える。
【選択図】図１

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。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、この固体電解質の筒孔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のリード線に接続された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（例えば、特許文献１参照）。

上記のような接続端子金具では、一般に、その先端部に、径方向に弾性変形可能な筒状部が設けられている。この筒状部をセンサ素子の後端部外表面に嵌め込むことにより、筒状部の内表面と、センサ素子の後端部外表面のリード部とを接触させる。

特開２００７−２７８８０６号公報

しかしながら、上記した従来知られる構成を採用すると、センサ素子の軸方向の長さを短縮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。センサ素子の軸方向の長さの短縮は、例えば、センサ素子を小型化するために望まれている。また、センサ素子の軸方向の長さの短縮は、センサ素子上に設ける配線を形成する配線材料の削減のために望まれている。すなわち、センサ素子の軸方向の長さを短縮すると、電極やリードに用いられる配線材料（貴金属）を削減することが可能になる。特に、センサ素子の後端部を短くすると、後端部側に形成されたリード部の軸方向の長さを短くすることができる。

ところで、ガスセンサは、一般に、センサ素子を取り囲んで、センサ素子の後端部を突出させる主体金具を備えている。そして、センサ素子において、後端部の長さを短くすることによってセンサ素子の軸方向の長さを短縮すると、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。それに対応し、接続端子金具の筒状部も軸方向の長さを短縮することとなる。このように、センサ素子の後端側の長さを短くすると、センサ素子と接続端子金具との接続時に、センサ素子の後端部と接続端子金具の筒状部とが重なる軸方向の長さを充分に確保できない場合が生じ得た。センサ素子の後端部と接続端子金具の筒状部とが重なる軸方向の長さを充分に確保できないと、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性が不十分となる可能性がある。つまり、接続端子金具の筒状部の軸方向の長さを短縮した分だけ、接続端子金具の筒状部がセンサ素子の後端部を把持する力が弱くなるため、センサ素子と接続端子金具との電気的接続の信頼性が不十分となる可能性がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態（aspect）として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向の先端側に底部が延出する有底筒状に形成されて固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記固体電解質体の外表面において前記外側電極から後端部側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、前記センサ素子の検出信号を取り出すためのリード線と、径方向に弾性変形可能であって前記センサ素子の後端部外表面に嵌め込まれて前記外部リード部に接する筒状部を備え、該筒状部を介して前記外側電極と前記リード線とを電気的に接続する接続端子と、を備えるガスセンサが提供される。このガスセンサにおいて、前記筒状部は、該筒状部の周方向に延出して設けられ、前記筒状部の剛性を高めることにより、前記筒状部が径方向外側に広げられたときに生じる反力を強める剛性付与部を備える。
この形態のガスセンサによれば、筒状部がセンサ素子の後端部外表面に嵌め込まれたときに、筒状部の変形に対する反力を強めることができるため、筒状部がセンサ素子を把持する力を強めることができる。したがって、外部リード部を介した接続端子と外側電極との間の接続の信頼性を高めることができる。また、このように筒状部がセンサ素子を把持する力を強めることにより、筒状部とセンサ素子とが重なる軸線方向の長さをより短くしても、接続端子と外部リード部との間の接続を確保することが可能になる。そのため、筒状部の軸線方向の長さをより短くして、ガスセンサ全体を小型化することが可能になる。

（２）上記形態のガスセンサにおいて、前記筒状部は、軸線方向に設けられたギャップを有しており、前記ギャップの幅が変化することにより、径方向に弾性変形可能であり、前記剛性付与部は、前記筒状部を軸線方向に直交する方向に切断した断面において、前記ギャップを除いた前記筒状部の周方向の中心を通って軸線方向に延びる中心線を跨いで設けられることとしてもよい。
この形態のガスセンサによれば、筒状部の中心線を跨いで剛性付与部を設けることにより、筒状部がセンサ素子を把持する力を増強する効果を高めることができる。

（３）上記形態のガスセンサにおいて、前記剛性付与部は、前記筒状部の一方の面側に突出するように形成された打ち出し部であることとしてもよい。
このような形態のガスセンサによれば、筒状部の一方の面側に突出するように形成された打ち出し部によって、筒状部がセンサ素子を把持する力を増強することができる。また、このように形成することで、剛性付与部の構成を簡素化することができる。

（４）上記形態のガスセンサは、さらに、前記センサ素子を取り囲む主体金具を備え、前記打ち出し部は、前記主体金具に接することなく前記筒状部の径方向外側に突出するように形成されていることとしてもよい。
このような形態のガスセンサによれば、筒状部の径方向外側に突出する打ち出し部によって、筒状部がセンサ素子を把持する力を増強することができる。このとき、筒状部の径方向外側に突出する打ち出し部を設けることによってガスセンサ内で短絡が生じることもない。

（５）上記形態のガスセンサにおいて、前記打ち出し部は、前記筒状部の径方向内側に突出して前記外部リード部に接することとしてもよい。
このような形態のガスセンサによれば、筒状部の径方向内側に突出する打ち出し部によって、筒状部がセンサ素子を把持する力を増強することができる。また、筒状部の径方向内側に突出する打ち出し部が外部リード部と接触する場合には、接続端子と外側電極の電気的な接続の信頼性を高めることが可能になる。

（６）上記形態のガスセンサにおいて、前記剛性付与部は、前記筒状部の少なくとも一方の面上に固着された補強部であることとしてもよい。
このような形態のガスセンサによれば、筒状部の少なくとも一方の面上に固着された補強部により、筒状部がセンサ素子を把持する力を増強することができる。

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。

ガスセンサの構成を表わす断面図である。 センサ素子の外観を表わす斜視図である。 第２接続端子の外観を表わす斜視図である。 第２接続端子を形成するための板状部材の概略形状を表わす平面図である。 第２接続端子をセンサ素子に嵌め込んだ様子を表わす断面模式図である。 第１接続端子の外観の概略を表わす斜視図である。 ガスセンサの組み立ての概要を示す説明図である。 第２接続端子をセンサ素子に嵌め込んだ様子を表わす断面模式図である。 第２接続端子の外観を表わす斜視図である。

Ａ．第１の実施形態：
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および外側電極（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の外表面の一部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において、鍔部１２よりも後端側には、略一定の外径を有し、後端に開口を有する略中空円筒状の基体部１７が形成されている。また、鍔部１２および基体部１７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において、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。なお、リングリード部１６は、後述する第２接続端子８０と接触するための構造であるため、第２接続端子８０と十分に接触可能となる形状であればよい。

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（Ｙ₂Ｏ₃）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、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（ＣｅＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）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、固体電解質体１１を例えばイットリアを含有するジルコニア粉末等から成る成形体を焼成して製造する場合には、外部リード部１０ｃは、上記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、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。

また、センサ素子１０の鍔部１２よりも後端側において、主体金具２０との間の空隙には、滑石粉末が充填されて成るシール部３１が配置されており、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされている。そして、シール部３１の後端側には、筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３２が配置されている。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が配置されている。金属リング３３よりも後端側では、主体金具２０の後端部が内側に屈曲されて、加締め部２０ａを形成している。主体金具２０の後端部に加締め部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部３１を押し潰し、絶縁部材３２及びシール部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。

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、金属製で筒状の外筒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。第１接続端子７０および第２接続端子８０は、導電性材料、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、およびコバルト合金等から選択される金属材料により形成することができる。ガスセンサ１００内の使用環境において充分な耐腐食性を示す金属材料を用いることが望ましい。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。

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の後端部外表面に嵌め込まれることにより、リングリード部１６と接触し、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曲げ加工した略中空円筒状に形成されており、軸線Ｏ方向に平行なギャップ（スリット）８５を有している。筒状部８３は、このギャップ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。センサ素子１０の後端部外表面への非嵌め込み状態にあるときの筒状部８３の内径は、センサ素子１０の後端部の外径よりも小さい。そして、上記ギャップ８５を広げることにより、筒状部８３は、センサ素子１０に嵌め込み可能となる。

図４は、第２接続端子８０を形成するための板状部材の概略形状を表わす平面図である。第２接続端子８０は、例えば、平板状部材を打ち抜き加工して、図４に示す形状の板状部材を形成し、この板状部材を曲げ加工することにより作製することができる。図４に示すように、本実施形態の第２接続端子８０では、筒状部８３の周方向の長さの中心（ギャップ８５を除いた筒状部８３の周方向の中心）を通って軸線Ｏに平行な線を、中心線Ｃとする。すなわち、筒状部８３は、中心線Ｃを中心として、右回り方向に延出する長さ（中心線Ｃに垂直に右方向に延出する長さＲ）と左回り方向に延出する長さ（左方向に延出する長さＬ）とがほぼ等しく形成されている。このような第２接続端子８０において、接続端部８２は、筒状部８３における中心線Ｃの位置から軸線Ｏに平行に後端部側へと延出して設けられている。なお、接続端部８２が設けられる位置は、中心線Ｃと重なる位置とは異なる位置であってもよい。

図３および図４に示すように、筒状部８３には、径方向外側に向かって凸である打ち出し部８７が設けられている。打ち出し部８７は、中心線Ｃを跨いで左右に広がる領域にわたって設けられており、また、中心線Ｃに垂直な方向に延出して設けられている。すなわち、打ち出し部８７は、筒状部８３を軸線Ｏ方向に直交する方向に切断した断面において、中心線Ｃを跨いだ範囲に設けられている。このような打ち出し部８７は、例えば、図４に示す板状部材をプレス加工することにより形成することができる。なお、図４に示す打ち出し部８７は、中心線Ｃを中心として周方向の両側にほぼ同じ長さに延出しているが、中心線Ｃから周方向の各々の側に延出する長さは、互いに異なっていてもよい。

図５は、第２接続端子８０を、センサ素子１０の後端部に嵌め込んだ様子を表わす断面模式図である。図５（Ａ）に示す断面の第２接続端子８０における位置を、図４にＡ−Ａ断面として示す。また、図５（Ｂ）に示す断面の第２接続端子８０における位置を、図４にＢ−Ｂ断面として示す。すなわち、図５（Ａ）は、打ち出し部８７よりも先端側の断面の様子を表わし、図５（Ｂ）は、打ち出し部８７を通過する断面の様子を表わす。なお、図５では、図４に示すプレス加工前の板状部材の表面（センサ素子１０と接する側の表面）上に中心線Ｃが存在するものとして、中心線Ｃの位置を示している。

第２接続端子８０の筒状部８３がセンサ素子１０の後端部に嵌め込まれて筒状部８３が径方向に弾性変形する際には、ギャップ８５の幅が広がることにより、筒状部８３は、図５に示す白抜き矢印の方向に広がる。すなわち、筒状部８３は、厳密には径方向外側に向かって全方向に均等に広がるのではなく、中心線Ｃを支点として楕円形状に広がる。そのため筒状部８３は、主として、中心線Ｃを含む領域と、ギャップ８５に隣接する２つの領域との計３カ所で、センサ素子１０の外表面と接する。図４および図５では、上記中心線Ｃを含む領域を、領域αとして破線で囲んで示す。また、ギャップ８５に隣接する領域を、領域βおよび領域γとして破線で囲んで示す。この領域βおよびγは、筒状部８３の変形の程度によっては、筒状部８３の周方向の広がりをほとんど有さず、ギャップ８５を形成する辺（線状）となり得る。また、図５（Ｂ）に示すように、筒状部８３の内表面のうち、打ち出し部８７が形成される領域は、センサ素子１０の外表面から離間している。

なお、センサ素子１０の後端部に筒状部８３を嵌め込んだときの筒状部８３の変形状態等によっては、筒状部８３とセンサ素子１０の後端部とは、横断面（軸線Ｏに垂直な断面）において、３点ではなく４点で接触する場合も有り得る。すなわち、横断面において、中心線Ｃを含む部位で接触する代わりに、中心線Ｃを間に挟んで、中心線Ｃの近傍の２カ所で接触する場合もあり得る。この場合にも、上記した中心線Ｃを挟む２カ所を合わせて領域αと呼ぶ。

本実施例の第２接続端子８０のように、筒状部８３に打ち出し部８７を設けると、筒状部８３の剛性が高まり、筒状部８３が径方向に弾性変形し難くなる。すなわち、筒状部８３が径方向に弾性変形する際に、筒状部８３において、図５に示す白抜き矢印の方向に変形しようとする力に対抗する反力がより強く働くようになる。したがって、打ち出し部８７は、筒状部８３の径方向の変形を抑制する剛性を与える剛性付与部として機能することができる。

図３に戻り、筒状部８３の先端には、筒状部８３の先端を成す円周に沿って、複数のフレア片８６が突出して設けられている。各々のフレア片８６は、筒状部８３先端との接続部において、外周側に折り曲げられており、複数のフレア片８６全体は、筒状部８３の先端から放射状に広がっている。そのため、これら複数のフレア片８６の内表面に接触する円を想定すると、フレア片８６の先端部ほど、上記接触する円の径が大きくなる。すなわち、複数のフレア片の内径は、先端側ほど大きくなっており、フレア片８６の先端における内接円は、センサ素子１０の後端の外径よりも大きくなっている。なお、これら複数のフレア片８６は、筒状部８３をセンサ素子１０の後端部に嵌め込む動作を容易にするための構造であるため、フレア片８６を設けない構成とすることも可能である。筒状部８３をセンサ素子１０に嵌め込む動作については、後に詳しく説明する。

図６は、第１接続端子７０の外観の概略を表わす斜視図である。既述したように、第１接続端子７０は、リード線６０が接続される接続端部７２と、セパレータ３４の挿通孔３４ａ内に配置される板状基部７１と、を備えている。板状基部７１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７４が設けられている。この支持腕７４は、板状基部７１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３４ａ内で板状基部７１を支える。

さらに、第１接続端子７０において、板状基部７１よりも先端側には、筒状部７３が設けられている。この筒状部７３は、軸線Ｏ方向に平行なギャップ（スリット）７５を有して径方向に弾性変形可能であって、センサ素子１０の筒孔１０ｄ内への非嵌め込み状態にあるときの筒状部７３の内径は、センサ素子１０の筒孔１０ｄの内径よりも大きい。そのため、筒状部７３の径を縮めつつセンサ素子１０の筒孔１０ｄ内に挿入することで、筒状部７３と内側電極１０ａとを接触させることができる。

また、筒状部７３の先端には、さらに先端側に突出するように、複数（図３では２つ）の板状の延出片７６が設けられている。これら複数の延出片７６は、全体として延出部７９を構成している。このような延出部７９に係る構造は、第１接続端子７０の先端側をセンサ素子１０の筒孔１０ｄ内に嵌め込む動作を容易にするための構造である。第１接続端子７０をセンサ素子１０内に嵌め込む動作については、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。

図７は、ガスセンサ１００の組み立て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７では、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、断面図によって示している。

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、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０を主体金具２０内に挿入し、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。これにより、センサ素子１０の鍔部１２を、間接的に段部２０ｂに当接させる。その後、主体金具２０とセンサ素子１０との間隙に筒状のシール部３１を配置し、絶縁部材３２、金属リング３３を順にシール部３１上に配置する。そして、主体金具２０の後端側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部３１を押し潰し、絶縁部材３２及びシール部３１が加締め固定される。このようにして、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および第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７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、さらに先端側へと、第１接続端子７０の延出片７６の先端部分が突出している。ここで、第１接続端子７０の筒状部７３は、外筒４０の先端よりも後端側に位置し、後端側アセンブリＡ内に収納されている。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の後端部が突出している。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から突出する延出片７６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。

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先端から突出するように設けられたフレア片８６が、センサ素子１０の後端に当接する。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、センサ素子１０の後端が、各フレア片８６の内表面によって筒状部８３内へと導かれて、筒状部８３を内側から押し広げる。このとき、筒状部８３は、ギャップ８５（図３参照）を広げることにより径を拡大する。このように、筒状部８３がセンサ素子１０の後端部に嵌め込まれると、筒状部８３の内表面がリングリード部１６（図２参照）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。

上記のように、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、第１接続端子７０の筒状部７３の外表面と内側電極１０ａとが接触する。また、第２接続端子８０の筒状部８３の内表面とセンサ素子１０のリングリード部１６とが接触して、各フレア片８６の先端は、主体金具２０の後端から離間しつつ、主体金具２０の後端近傍に到達する。第１接続端子７０あるいは第２接続端子８０とセンサ素子１０との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、第１接続端子７０、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。

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、第２接続端子８０の筒状部８３において、剛性付与部としての打ち出し部８７が設けられているため、筒状部８３がセンサ素子１０の後端部に嵌め込まれたときに、筒状部８３の変形に対する反力を強めることができる。その結果、筒状部８３がセンサ素子１０の後端部を把持する力を強めることができる。具体的には、筒状部８３における既述した領域α、β、γ（図４、５参照）においてセンサ素子１０に対してかかる力を強めることができる。したがって、第２接続端子８０と、リングリード部１６を介した外側電極１０ｂとの間の接続の信頼性を高めることができる。また、このように筒状部８３がセンサ素子１０を把持する力を強めることができることにより、筒状部８３とセンサ素子１０とが重なる軸線Ｏ方向の長さをより短くしても、第２接続端子８０とリングリード部１６との間の接続を確保することが可能になる。そのため、筒状部８３の軸線Ｏ方向の長さ（図４に示す長さＷ）をより短くすることが可能になり、第２接続端子８０の軸線方向の長さを短くして、ガスセンサ１００全体を小型化することが可能になる。さらに、本実施形態によれば、筒状部８３をプレス成形することで打ち出し部８７を形成しているため、剛性付与部を設けることに伴う部品点数の増加が無く、ガスセンサ１００の構造の複雑化や製造工程の複雑化を抑えることができる。

なお、筒状部８３がセンサ素子１０を安定して把持するためには、筒状部８３がセンサ素子１０の後端部に嵌め込まれたときに、筒状部８３において打ち出し部８７が形成された領域の少なくとも一部がセンサ素子１０と重なることが望ましい。また、領域α（図４、５参照）における筒状部８３とリングリード部１６との接触を確保するには、筒状部８３において、筒状部８３の先端から打ち出し部８７までの軸線Ｏ方向の距離を、より長くすることが望ましい。

Ｂ．第２の実施形態：
第１の実施形態では、剛性付与部として径方向外側に凸である打ち出し部８７を設けたが、異なる構成としてもよい。以下に、第２の実施形態として、打ち出し部８７に代えて、径方向内側に凸である打ち出し部を設ける構成を説明する。

図８は、第２接続端子１８０をセンサ素子１０の後端部に嵌め込んだ様子を、図５と同様に表わす断面模式図である。第２の実施形態のガスセンサは、第２接続端子８０に代えて第２接続端子１８０を備え、第２接続端子１８０の筒状部１８３は、打ち出し部８７に代えて打ち出し部１８７が形成されていること以外は、第１の実施形態と同様の構成を備えている。そのため、第１の実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。

第２接続端子１８０は、第１の実施形態の第２接続端子８０と同様の外形を有しており、打ち出し部１８７は、第２接続端子１８０において、図４に示した第２接続端子８０における打ち出し部８７の位置と同様の位置に設けられている。図８（Ａ）に示す断面の位置は、図４に示すＡ−Ａ断面と同様の位置である。また、図８（Ｂ）に示す断面の位置は、図４に示すＢ−Ｂ断面と同様の位置である。すなわち、図８（Ａ）は、打ち出し部１８７よりも先端側の断面の様子を表わし、図８（Ｂ）は、打ち出し部１８７を通過する断面の様子を表わす。

図８に示すように、第２の実施形態の筒状部１８３も、中心線Ｃを含む領域αと、ギャップ８５に隣接する領域βおよびγにおいて、センサ素子１０と接する。ただし、第２の実施形態では、領域αは、打ち出し部１８７における径方向内側の表面となる。

以上のように構成された第２の実施形態においても、筒状部１８３に剛性付与部としての打ち出し部１８７を設けることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、打ち出し部１８７の高さ（筒状部１８３の内表面から突出する高さ）や、筒状部１８３の周方向に延出する長さは、領域α、β、γにおけるセンサ素子１０との接触の精度を考慮して、適宜設定すればよい。

Ｃ．第３の実施形態：
第１および第２の実施形態では、剛性付与部として筒状部に打ち出し部を設けたが、異なる構成としてもよい。以下に、第３の実施形態として、剛性付与部としての補強部を筒状部に設ける構成を説明する。

図９は、第２接続端子２８０の外観を表わす斜視図である。第３の実施形態のガスセンサは、第２接続端子８０に代えて第２接続端子２８０を備え、第２接続端子２８０の筒状部２８３には、打ち出し部８７に代えて補強部２８７が設けられていること以外は、第１の実施形態と同様の構成を備えている。そのため、第１の実施形態と共通する部分については同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。

第２接続端子２８０は、第１の実施形態の第２接続端子８０と同様の外形を有しており、補強部２８７は、第２接続端子２８０において、図４に示した第２接続端子８０における打ち出し部８７と同様の位置に設けられている。第２接続端子２８０の筒状部２８３には、特別な凹凸を設けるためのプレス加工は施されておらず、別部材を筒状部２８３の外側表面に固着させることにより補強部２８７が形成されている。補強部２８７は、必ずしも導電性材料により形成する必要はないが、補強部２８７を金属製部材により形成する場合には、補強部２８７を設けるための別部材の固着は、例えば溶接により行なうことができる。また、補強部２８７を設けるための別部材の固着は、筒状部８３を曲げ加工により形成する前に行なってもよく、後に行なってもよい。

以上のように構成された第３の実施形態においても、筒状部２８３に剛性付与部としての補強部２８７を設けることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図９では、筒状部２８３において径方向外側に突出する補強部２８７を設けたが、補強部２８７に代えて、径方向内側に突出する補強部を設けてもよい。このような場合には、金属等の導電性部材によって補強部を構成するならば、径方向内側に突出する補強部を介して、第２接続端子とリングリード部１６との電気的な接続が可能になる。

Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
第１〜第３の各実施形態では、筒状部において、中心線Ｃを跨いで周方向に延出するように剛性付与部を設けたが、異なる構成としてもよい。剛性付与部の構成は、筒状部の剛性を高めて、筒状部が拡径するように変形する力に対抗する反力を強めることができればよい。例えば、剛性付与部は、必ずしも中心線Ｃを跨いでいなくても、少なくとも中心線Ｃの近傍に設ければよい。このような構成であっても、筒状部の剛性を高めて、筒状部がセンサ素子１０の後端部を把持する力を強める同様の効果を得ることができる。

なお、中心線Ｃとは、既述したように、筒状部の周方向の長さの中心（ギャップ８５を除いた筒状部の周方向の中心）を通って軸線Ｏに平行な線である。ここで、筒状部の周方向の長さの中心とは、各実施形態のように筒状部が略長方形状の板体を曲げ加工した形状の場合には、上記長方形状の長辺の中心と重なる。筒状部におけるギャップを形成する両端部が直線状ではない場合、例えばギャップを介して互い違いのギザギザ形状である場合には、筒状部における上記ギザギザ形状部分を除いた部分の周方向長さの中心が、上記筒状部の周方向長さの中心となる。また、筒状部の形状としては、筒状部の周方向長さがセンサ素子１０の後端部の横断面の外周よりも長い形状、すなわち、第２接続端子をセンサ素子の後端部に嵌め込んだときに、筒状部の端部がギャップ８５を形成することなく重なり合ってセンサ素子の後端部に巻き付く形状も考えられる。このような場合にも、センサ素子１０の後端部の横断面の外周よりも長い筒状部の周方向長さの中心が、上記筒状部の周方向長さの中心となる。このように、中心線Ｃとは、筒状部がセンサ素子１０の後端部を把持する力を生じる支点となる位置を指す。

Ｄ２．変形例２：
剛性付与部が筒状部の周方向に延出する長さは、種々の変形が可能である。筒状部に剛性付与部を設けて筒状部の剛性を高めることによる上記把持力の増強の効果を高めるためには、剛性付与部は、筒状部の周方向にできるだけ長く延出するように設けることが望ましい。例えば、筒状部においてギャップ８５との境界を成す一方の端部まで延出するように剛性付与部を設けてもよい。また、筒状部において、ギャップ８５との境界を成す筒状部の一方の端部から他方の端部まで、すなわち、筒状部の周方向全体にわたって剛性付与部を設けてもよい。

Ｄ３．変形例３：
上記第１〜第３の各実施形態では、剛性付与部は、略矩形形状に形成されて、全体が連続して形成されることとしたが、互いに離間した複数の凸部や補強部によって剛性付与部を構成してもよい。例えば、周方向に沿って互いに平行に設けられた複数の線分状の打ち出し部（あるいは別体の部材を固着させた補強部）によって、剛性付与部を構成してもよい。

Ｄ４．変形例４：
上記第１〜第３の各実施形態では、剛性付与部は、筒状部の周方向に沿って延出する形状としたが、必ずしも周方向に平行（軸線Ｏに垂直）な方向に延出する必要はない。少なくとも中心線Ｃの近傍に形成され、全体として筒状部の周方向に延出する形状であればよい。例えば、１または複数の波線状の打ち出し部（あるいは補強部）によって、剛性付与部を構成してもよい。

Ｄ５．変形例５：
第１〜第３の各実施形態では、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。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…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…電極保護層
１５…縦リード部
１６…リングリード部
１７…基体部
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…シール部
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…板状基部
７２…接続端部
７３…筒状部
７４…支持腕
７５…ギャップ
７６…延出片
７９…延出部
８０、１８０、２８０…第２接続端子
８１…板状基部
８２…接続端部
８３、１８３、２８３…筒状部
８４…支持腕
８５…ギャップ
８６…フレア片
８７、１８７…打ち出し部
１００…ガスセンサ
２８７…補強部

Claims (6)

1. 軸線方向の先端側に底部が延出する有底筒状に形成されて固体電解質から成る固体電解質体と、該固体電解質体の先端部の外表面に設けられた外側電極と、前記固体電解質体の外表面において前記外側電極から後端部側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、
   前記センサ素子の検出信号を取り出すためのリード線と、
   径方向に弾性変形可能であって前記センサ素子の後端部外表面に嵌め込まれて前記外部リード部に接する筒状部を備え、該筒状部を介して前記外側電極と前記リード線とを電気的に接続する接続端子と、
   を備えるガスセンサにおいて、
   前記筒状部は、該筒状部の周方向に延出して設けられ、前記筒状部の剛性を高めることにより、前記筒状部が径方向外側に広げられたときに生じる反力を強める剛性付与部を備え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、
   前記筒状部は、軸線方向に設けられたギャップを有しており、前記ギャップの幅が変化することにより、径方向に弾性変形可能であり、
   前記剛性付与部は、前記筒状部を軸線方向に直交する方向に切断した断面において、前記ギャップを除いた前記筒状部の周方向の中心を通って軸線方向に延びる中心線を跨いで設けられることを特徴とする
   ガスセンサ。
3. 請求項２記載のガスセンサであって、
   前記剛性付与部は、前記筒状部の一方の面側に突出するように形成された打ち出し部であることを特徴とする
   ガスセンサ。
4. 請求項３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主体金具を備え、
   前記打ち出し部は、前記主体金具に接することなく前記筒状部の径方向外側に突出するように形成されていることを特徴とする
   ガスセンサ。
5. 請求項３記載のガスセンサであって、
   前記打ち出し部は、前記筒状部の径方向内側に突出して前記外部リード部に接することを特徴とする
   ガスセンサ。
6. 請求項２記載のガスセンサであって、
   前記剛性付与部は、前記筒状部の少なくとも一方の面上に固着された補強部であることを特徴とする
   ガスセンサ。

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