JP5934638B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

車両に備えられたエンジンの排気管には、一般的に、ガスセンサが取り付けられる。ガスセンサは、測定対象である気体の濃度に基づく信号を出力するセンサ素子と、センサ素子から信号を取り出すためのリード線とを備えている。センサ素子とリード線とは、金属製の接続端子を用いて電気的に接続されている。接続端子による電気的接続を確実にするために、接続端子の外径は、センサ素子の内径よりも大きく形成されることが一般的である。このため、従来では、ガスセンサの製造工程において接続端子をセンサ素子に挿入する際に、センサ素子の内側が削り取られて電気的接続の信頼性が低下する場合があるという問題があった。このような問題を解決するために、特許文献１に記載されたガスセンサでは、接続端子を、第１の端子金具と、第２の端子金具との２つの端子金具で構成している。

特許第４０６７５０８号公報

しかし、特許文献１記載の技術では、接続端子を２つの端子金具で構成する必要があるため、ガスセンサの製造工程の複雑化、および、ガスセンサの製造コストの上昇につながるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、ガスセンサにおいて、単一部品からなる接続端子を用いつつ、接続端子とセンサ素子との電気的接続の信頼性の低下を抑制することが可能な技術を提供することである。

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、ガスセンサが提供される。このガスセンサは、筒状の主体金具と；前記主体金具の内側に配置されると共に、前記主体金具の軸線方向に延びるセンサ素子と；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；前記リード線と前記センサ素子とを電気的に接続するための接続端子と、を備えると共に、先端側が測定対象気体に晒されるガスセンサであって；前記センサ素子は；前記軸線方向に沿って前記先端側の反対である後端側に筒孔を有すると共に、前記筒孔の前記後端側端部において前記先端側に向かって縮径された縮径部が形成された有底筒状に形成された固体電解質体と；前記固体電解質体の内側表面に形成された内側電極と、を備え；前記接続端子は；前記筒孔内に挿入されて前記内側電極に接触する筒状の接続部であって、前記ガスセンサの径方向における断面が有端環状となる開口部と、前記固体電解質体の中心軸線をはさんで該開口部の反対側に設けられた背面部とを有する接続部を備え；前記軸線方向の先端側において、前記接続部の全体が径方向の内側に向かってテーパ状に縮径し；前記接続部よりも前記軸線方向の先端側に配置され、前記リード線を保持して電気的に導通する保持部が、前記背面部の先端に連結してなることを特徴とする。
この形態のガスセンサによれば、接続端子のうち、センサ素子の固体電解質体の筒孔内に挿入される接続部は、先端側の全体が径方向の内側に向かってテーパ状に縮径している。このため、接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入する際の挿入荷重を低下させることができ、ガスセンサの製造工程において、センサ素子（固体電解質体）の内側が削り取られる事象の発生を抑制することができる。また、接続端子の接続部は、径方向における断面が有端環状となる開口部を有する。接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入した際に、この開口部が遊びとして機能することで、接続端子とセンサ素子との接続を確実に行うことができる。これらの結果、単一部品からなる接続端子を用いつつ、接続端子とセンサ素子との電気的接続の信頼性の低下を抑制することが可能なガスセンサを提供することができる。

（２）上記形態のガスセンサにおいて；前記接続部には、前記開口部と前記背面部との間であって、前記接続部の先端向き面から前記軸線方向の後端側へ向かう方向に凹部が形成されていてもよい。
この形態のガスセンサによれば、接続部には、開口部と背面部との間、かつ、軸線方向の後端側に向かう方向に凹部が形成されている。接続端子をセンサ素子の固体電解質体の筒孔内に挿入した際に、この凹部が遊びとして機能することで挿入時の反力を弱くすることができ、接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。この結果、単一部品からなる接続端子を用いつつ、接続端子とセンサ素子との電気的接続の信頼性の低下をさらに抑制することが可能なガスセンサを提供することができる。

（３）上記形態のガスセンサにおいて；前記接続部は、前記開口部側に第１のテーパ面を、前記背面部側に第２のテーパ面を有し；前記固体電解質体の中心軸線に沿って、前記開口部の略中央を通る断面において；前記第１のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、前記第２のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、のそれぞれは、前記固体電解質体に形成された前記縮径部の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度よりも小さくてもよい。
この形態のガスセンサによれば、開口部側に設けられた第１のテーパ面の中心軸線に対する角度と、背面部側に設けられた第２のテーパ面の中心軸線に対する角度と、のそれぞれは、センサ素子の固体電解質体に形成された縮径部の中心軸線に対する角度よりも小さい。このため、接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。

（４）上記形態のガスセンサにおいて；前記第１のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、前記第２のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度とは、同一の角度であってもよい。
この形態のガスセンサによれば、第１のテーパ面の中心軸線に対する角度と、第２のテーパ面の中心軸線に対する角度とは同一の角度である。このため、ガスセンサの製造中に、接続端子をセンサ素子（固体電解質体）の筒孔内に挿入した場合における接続端子の傾きを抑制することができる。この結果、接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。

（５）上記形態のガスセンサにおいて；前記断面において；前記第１のテーパ面の先端を起点とした前記軸線と垂直な方向における前記第２のテーパ面までの長さをＬ１とし、前記軸線と垂直な方向における前記筒孔の前記縮径部の先端における内径をＬ２としたとき；Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たしていてもよい。
この形態のガスセンサによれば、第１のテーパ面の先端を起点とした第２のテーパ面までの長さＬ１は、軸線と垂直な方向における筒孔の縮径部の先端における内径Ｌ２よりも小さい。このため、ガスセンサの製造中において、接続端子をセンサ素子（固体電解質体）の筒孔内に裁置した場合、接続端子の先端側は、自由落下によって筒孔内に挿入される。この結果、接続端子を固体電解質体の筒孔内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。

本発明は、上述したガスセンサとしての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、ガスセンサの製造方法や、ガスセンサを備える車両等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのガスセンサの外観図である。 軸線に沿ったガスセンサの断面図である。 センサ素子の外観を表わす説明図である。 接続端子の構成を説明するための説明図である。 接続端子の構成を説明するための説明図である。 ガスセンサの製造方法について説明するための説明図である。 第１のテーパ面および第２のテーパ面の角度について説明するための説明図である。 第１のテーパ面および第２のテーパ面の間の長さについて説明するための説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．ガスセンサの構成
図１は、本発明の一実施形態としてのガスセンサの外観図である。以下では、図１におけるガスセンサ１００の軸線Ｏに沿った紙面下向きの方向を先端側、紙面上向きの方向を後端側として説明する。ガスセンサ１００は、例えば、オートバイ等の車両の排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサである。ガスセンサ１００は、その先端部分を車両の排気管内に突出させる形態で車両に固定される。

図２は、軸線Ｏに沿ったガスセンサ１００の断面図である。ガスセンサ１００は、全体として、軸線Ｏに沿って伸長する略円柱状の形状を有している。ガスセンサ１００は、軸線Ｏに沿って延伸する主体金具２０と、主体金具２０の内側に配置されると共に軸線Ｏに沿って延伸するセンサ素子１０と、プロテクタ６２と、内側筒部材４０と、外側筒部材３８と、を備えている。

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する。このセンサ素子１０は、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。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の内表面に形成された内側電極（基準電極）１０ａと、固体電解質体１１の外表面に形成された外側電極（検出電極）１０ｄと、を備えている。センサ素子１０は、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（測定対象気体）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、内側電極１０ａからの信号を取り出すためのリード線６０が突出している。リード線６０の外周には、リード線６０を保護するためのガラス編組チューブ６１が設けられている。このガラス編組チューブ６１は省略可能である。

図３は、センサ素子１０の外観を表わす説明図である。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。また、センサ素子１０において、鍔部１２よりも後端側には、後端に開口を有する略中空円筒状の基体部１８が形成されている。

外側電極１０ｄは、有底部１３の先端側の一部の外表面を覆うように形成された電極部１０ｂと、電極部１０ｂと電気的に接続された外部リード部１０ｃとを備えている。外部リード部１０ｃは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、を備えている。リングリード部１５は、鍔部１２の先端側の面（鍔部１２において有底部１３側に設けられた段差部）において、センサ素子１０の周方向に延出して環状に形成されている。縦リード部１４は、電極部１０ｂの後端とリングリード部１５とを接続するように、軸線Ｏ方向に線状に延出して形成されている。なお、電極部１０ｂは、電極部１０ｂを保護するための図示しない電極保護層に覆われている。

図２で示す通り、センサ素子１０の有底円筒状の固体電解質体１１の内部には、筒孔１０ｅが形成されている。また、筒孔１０ｅには、固体電解質体１１の後端側の端部において、孔の径が縮径する縮径部１６が形成されている。センサ素子１０の内側表面には、内側電極１０ａが設けられている。具体的には、内側電極１０ａは、縮径部１６を除く筒孔１０ｅの内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。

内側電極１０ａおよび電極部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および電極部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の固体電解質粉末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。

ガスセンサ１００は、センサ素子１０を取り囲んでセンサ素子の先端部を露出させる金属（例えばステンレス鋼）製の主体金具２０（図２）を備えている。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。また、主体金具２０の中央付近には、取り付け工具を係合させるために、径方向外側に突出した多角形状の鍔部２０ｃが設けられている。さらに、鍔部２０ｃよりも先端側の外表面には、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、例えば自動二輪（オートバイ）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配置することにより、ガスセンサ１００を用いて被検出ガス（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の先端側の面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ１００を排気管が取付けられた際のガス抜けを防止するガスケット２９が嵌挿される。

ガスセンサ１００は、主体金具２０の先端から突出するプロテクタ６２を備えている。プロテクタ６２は、軸線Ｏ方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状の金属製部材であり、主体金具２０から突出するセンサ素子１０の先端部を覆っている。プロテクタ６２には、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６４が形成されている。この複数の孔部６４からプロテクタ６２内に流入した排気ガスは、被検出ガスとして外側電極１０ｄに導かれる。プロテクタ６２の後端部には、後端側ほど拡径するように径方向外側に向かって屈曲された屈曲部６３が形成されている。

プロテクタ６２は、プロテクタ６２の後端部に設けられた屈曲部６３および導電性緩衝部材５０が、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面と、主体金具２０の段部２０ｂとの間に挟まれることによって固定されている。導電性緩衝部材５０は、環状に形成された薄板状金属部材である。主体金具２０にセンサ素子１０を組み付ける際には、まず、主体金具２０の後端側から、プロテクタ６２を主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３を、主体金具２０の段部２０ｂに当接させる。その後、さらに、導電性緩衝部材５０を、主体金具２０の後端側から主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３に当接させる。そして、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０をさらに挿入し、鍔部１２の先端側の面を導電性緩衝部材５０に当接させる。

図３で示した通り、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面には、リングリード部１５が設けられている。そのため、電極部１０ｂは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、プロテクタ６２と、導電性緩衝部材５０とを介して、主体金具２０に電気的に導通する。

センサ素子１０の鍔部１２よりも後端側の部分と、主体金具２０との間の空隙には、滑石粉末が圧縮充填された粉体充填部３１が配置されている。この粉体充填部３１により、センサ素子１０と主体金具２０との隙間がシールされている。粉体充填部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。

主体金具２０の後端部には、金属製で筒状の内側筒部材４０が固定されている。内側筒部材４０は、センサ素子１０の後端部の一部を覆っている。内側筒部材４０は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼、または、炭素鋼で形成することができる。主体金具２０の後端部の内表面と、内側筒部材４０の先端部の外表面との間には、例えばステンレス鋼により形成される金属リング３３が配置されている。主体金具２０と内側筒部材４０とは、内側筒部材４０の先端部が主体金具２０の後端部によって加締められることにより接続される。こうして鍔部２０ｃの後端部が加締められることにより、鍔部２０ｃの後端部には、屈曲部２０ａが形成される。主体金具２０の後端部に屈曲部２０ａが形成されることにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられて粉体充填部３１が押し潰され、絶縁部材３２および粉体充填部３１が加締められて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。

内側筒部材４０の内側には、略円筒形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、軸線Ｏ方向に貫通し、リード線６０が挿通される挿通孔３５が形成されている。セパレータ３４の外側面５４は、内側筒部材４０の内側面４６からは離れている。

リード線６０は、接続端子７０と電気的に接続されている。接続端子７０は、センサ出力を外部に出力するための部材であり、セパレータ３４よりも先端側に突出している。この接続端子７０は、内側電極１０ａと電気的に接続するようにセンサ素子１０内に挿入されている。

内側筒部材４０の内側には、セパレータ３４の後端に接して、シール部材としての略円筒形状のグロメット３６が配置されている。グロメット３６には、軸線Ｏ方向に貫通し、リード線６０が挿通される挿通孔４２が形成されている。本実施形態のグロメット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されている。グロメット３６は、先端側に円筒状の胴部４３を有し、胴部の後端に胴部４３よりも拡径した鍔部４４を有している。鍔部４４は、外側筒部材３８の内側後端に圧入されている。この結果、鍔部４４の外側面は、外側筒部材３８の内側面に圧接している。このように、鍔部４４は、外側筒部材３８には接しているが、内側筒部材４０とは離間している。一方、胴部４３は、外側筒部材３８には接していないが、内側筒部材４０の後端に接している。胴部４３は、内側筒部材４０の後端を含むように外側筒部材３８により加締められている。

内側筒部材４０の側面のうち、グロメット３６が配置される位置よりも先端側の位置には、複数の第１通気孔４１が周方向に並んで開口している。そして、内側筒部材４０の後端部の径方向外側には、第１通気孔４１を覆うように、環状の通気性のフィルタ３７が被せられている。内側筒部材４０およびフィルタ３７の径方向外側には、さらに、金属製筒状の外側筒部材３８が配置されている。外側筒部材３８は、内側筒部材４０の外周の少なくとも一部を覆っている。外側筒部材３８の後端はグロメット３６の後端面の少なくとも一部を覆うように内側に向けて折れ曲がっている。外側筒部材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。外側筒部材３８の側面には、複数の第２通気孔３９が周方向に並んで開口している。その結果、外側筒部材３８の第２通気孔３９と、フィルタ３７と、内側筒部材４０の第１通気孔４１とを介して、内側筒部材４０内部、さらにはセンサ素子１０の内側電極１０ａへと、外気を導入可能になっている。

外側筒部材３８は、内側筒部材４０とともに加締められることで、内側筒部材４０の外周に固定される。本実施形態では、この加締めによって、外側筒部材３８の外周に、第１の溝７１と、第２の溝７２と、第３の溝７３と、が先端側から順に形成されている。第１の溝７１は、第２通気孔３９よりも先端側において、セパレータ３４の先端部の周囲に形成されている。第２の溝７２は、第２通気孔３９よりも後端側において、セパレータ３４の後端部の周囲に形成されている。第３の溝７３は、内側筒部材４０の後端を含むように、グロメット３６の胴部４３の周囲に形成されている。

フィルタ３７は、第２通気孔３９の先端側と後端側とで内側筒部材４０及び外側筒部材３８が加締められることで、内側筒部材４０と外側筒部材３８との間に保持される。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る。フィルタ３７は、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。

Ａ−２．接続端子の構成：
図４は、接続端子の構成を説明するための説明図である。図４は、接続端子９０の右側側面の様子を表す右側面図である。図５は、接続端子の構成を説明するための説明図である。図５（Ａ）は、接続端子９０の正面の様子を表す正面図である。図５（Ｂ）は、接続端子９０の背面の様子を表す背面図である。図５（Ｃ）は、接続端子９０を斜めから見た様子を表す斜視図である。接続端子９０は、後端側から軸線Ｏの中ほどにかけて形成された接続部９０ａと、軸線Ｏの中ほどから先端側にかけて形成された保持部９０ｂとを備えている。

接続部９０ａは、略筒状の接触部であって、センサ素子１０の固体電解質体１１の内部に形成されている筒孔１０ｅ（図２）に挿入されて、内側電極１０ａに接触する。接続部９０ａには、開口部９１と、背面部９２と、端子鍔部９３と、凹部９４と、第１のテーパ面９５と、第２のテーパ面９６とが設けられている。

開口部９１は、ガスセンサ１００の径方向、換言すれば軸線Ｏと垂直な方向における断面が有端環状（Ｃ字状）に形成された開口である。図５（Ａ）および（Ｃ）に示すように、開口部９１の開口は、筒状の接続部９０ａに対して、軸線Oに沿って後端側から先端側の全体にわたるように形成されている。背面部９２は、軸線Ｏを挟んで、換言すれば軸線Ｏを中心として、開口部９１の反対側に設けられている。背面部９２は、ガスセンサ１００の径方向（軸線Ｏと垂直な方向）における断面が弧状である。背面部９２は、接続端子９０が固体電解質体１１の筒孔１０ｅに挿入された際に、内側電極１０ａと接触する。

端子鍔部９３は、接続部９０ａの後端側の端部に形成されている。端子鍔部９３は、筒状の接続部９０ａの後端側端部の一部分が延伸し、延伸した部分が、接続端子９０の径方向の外側に向かって約９０度に屈曲された形状を有している。本実施形態の接続部９０ａには、３箇所の端子鍔部９３が形成されている。具体的には、接続部９０ａの後端側端部のうち、開口部９１の両端に相当する部分がそれぞれ延伸して形成された２箇所の端子鍔部９３と、接続部９０ａの後端側端部のうち、背面部９２の端に相当する部分が延伸して形成された１箇所の端子鍔部９３が形成されている。端子鍔部９３は、リード線６０を保持した接続端子９０がセンサ素子１０に組みつけられた際に、センサ素子１０とセパレータ３４との間に挟持されて、接続端子９０を固定する。

凹部９４は、開口部９１と背面部９２との間において、接続部９０ａの先端側から後端側へ向かう方向に形成された窪みである。図５（Ａ）に示すように、本実施形態の接続部９０ａには、開口部９１の両端から背面部９２に向かって所定の距離を空けた位置に、２箇所の凹部９４が設けられている。所定の距離は任意に定めることができる。図４および図５（Ｃ）に示すように、凹部９４は、角を面取りした略長方形形状である。なお、凹部９４は省略してもよい。

第１のテーパ面９５は、接続部９０ａの先端側かつ開口部９１側に形成された縮径部である。図５（Ａ）および図５（Ｃ）に示すように、第１のテーパ面９５は、開口部９１と凹部９４との間に延伸している部材が、接続端子９０の径方向の内側に向かって屈曲された形状を有している。第１のテーパ面９５の先端側の端部の角は面取りされている。第２のテーパ面９６は、接続部９０ａの先端側かつ背面部９２側に形成された縮径部である。図５に示すように、第２のテーパ面９６は、一方の凹部９４から他方の凹部９４にかけて存在する部材が、接続端子９０の径方向の内側に向かって屈曲された形状を有している。第２のテーパ面９６の先端側の端部は、保持部９０ｂに連結されている。

保持部９０ｂは、第２のテーパ面９６が接続端子９０の先端側に向けて延伸した樋形状を有する部材である。保持部９０ｂには、腕部９７と、先端縮径部９８とが設けられている。

腕部９７は、保持部９０ｂの後端側において、樋形状の縁に相当する一部分が、開口部９１側に向かって軸線Ｏと垂直な方向に延伸して形成されている。本実施形態の保持部９０ｂには、左右対称に３箇所ずつ、合計６箇所の腕部９７が設けられている。接続端子９０にリード線６０が挿入された状態で、腕部９７が接続端子９０の径方向の内側に向かって加締められることによって、腕部９７はリード線６０を保持する。先端縮径部９８は、保持部９０ｂの先端側に形成された縮径部である。先端縮径部９８によって、接続端子９０の先端部分は先細り形状となる。このため、ガスセンサ１００の製造工程において、接続端子９０をセンサ素子１０に挿入する作業をスムーズにすることができる。なお、先端縮径部９８は省略してもよい。

Ａ−３．ガスセンサの製造方法：
図６は、ガスセンサの製造方法について説明するための説明図である。なお、図６では、紙面上向きの方向を先端側、紙面下向きの方向を後端側として説明する。本実施形態のガスセンサ１００は、以下の工程Ａ〜Ｆによって製造される。

工程（Ａ）：工程Ａでは、接続端子付きリード線が用意される。接続端子付きリード線は、接続端子９０の後端にリード線６０が接合され、そのリード線６０に、セパレータ３４とグロメット３６とがリード線６０の後端側から順に挿入されることで形成される。このとき、グロメット３６は、胴部４３が先端側を向き、鍔部４４が後端側を向くように挿入される。

工程（Ｂ）：工程Ｂでは、セパレータアッセンブリが形成される。工程Ａで用意された接続端子付きのリード線を、リード線６０の先端側から、外側筒部材３８の後端面の開口部４７に挿入する（工程Ｂ１）。そして、グロメット３６の鍔部４４を、外側筒部材３８の後端部に向けて挿入する（工程Ｂ２）。すると、外側筒部材３８と接続端子付きリード線とが一体化されたセパレータアッセンブリ８１が完成する（工程Ｂ３）。これらの工程により、セパレータアッセンブリ８１には、グロメット３６の胴部４３と外側筒部材３８との間に空間ＳＥが形成される。この空間ＳＥは、鍔部４４の先端側に位置している。空間ＳＥは、後述する工程において内側筒部材４０が挿入される空間となる。

工程（Ｃ）：工程Ｃでは、セパレータアッセンブリ８１を把持・搬送する。具体的には、このセパレータアッセンブリ８１をロボット等の装置が把持し、所定の組立場所まで搬送する。この工程Ｃでは、セパレータアッセンブリ８１の後端から延びるリード線６０を鉛直方向下方に向けると共に、接続端子７０を鉛直方向上方に向けた状態で把持を行う。つまり、この工程Ｃでは、セパレータアッセンブリ８１からリード線６０が鉛直方向下方に垂れた状態でセパレータアッセンブリ８１の把持および搬送が行われる。

工程（Ｄ）：工程Ｄでは、センサ素子アッセンブリを形成する。具体的には、主体金具２０内にセンサ素子１０を組み込み、主体金具２０の後端側に内側筒部材４０を固定することで、センサ素子アッセンブリ８２が形成される。この工程Ｄは、工程Ａ〜Ｃと平行して行ってもよいし、工程Ａ〜Ｃよりも前に行ってもよい。図６には、この工程Ｄによって形成されたセンサ素子アッセンブリ８２を示している。本実施形態では、この工程Ｄにより、センサ素子アッセンブリ８２には、主体金具２０とセンサ素子１０と内側筒部材４０とのほか、プロテクタ６２と、フィルタ３７と、絶縁部材３２と、粉体充填部３１と、金属リング３３と、導電性緩衝部材５０と、が組み付けられる。この工程Ｄにより、センサ素子１０の外表面に設けられた外側電極１０ｄ（図３）は、主体金具２０に、導電性緩衝部材５０とプロテクタ６２とを介して電気的に接触する。

工程（Ｅ）：工程Ｅでは、センサ素子アッセンブリ８１と、セパレータアッセンブリ８２とが組みつけられる。この組み付けは、センサ素子アッセンブリ８２を、内側筒部材４０側が鉛直方向下方に向いた状態で、リード線６０が垂れ下がった状態のセパレータアッセンブリ８１に鉛直方向上方から差し込むことで行われる。具体的には、図６に示すように、センサ素子アッセンブリ８２に含まれる内側筒部材４０の後端を、セパレータアッセンブリ８１に形成された空間ＳＥに挿入しつつ、セパレータアッセンブリ８１に備えられた接続端子９０を、センサ素子１０の固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する。この組み付けにより、リード線６０とセンサ素子１０とが電気的に接続されるとともに、セパレータ３４とグロメット３６の胴部４３とが内側筒部材４０内に配置される。また、外側筒部材３８が内側筒部材４０の外周に配置され、外側筒部材３８の後端部と内側筒部材４０の後端面との間にグロメット３６の鍔部４４が配置される。

工程（Ｆ）：工程Ｆでは、外側筒部材３８が内側筒部材４０とともに加締められる。この加締めにより、図２に示すように、外側筒部材３８の外周に第１の溝７１と第２の溝７２と第３の溝７３とが形成される。

以上のように、本実施形態の接続端子９０は、第１のテーパ面９５および第２のテーパ面９６を備えることによって、接続部９０ａの先端側の全体が、接続端子９０の径方向内側に向かってテーパ状に縮径している（図５、図６参照）。このため、上記工程Ｅにおいて、リード線６０が接合された状態の接続端子９０（接続端子付きリード線）を、固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する際の挿入荷重を低下させることができる。挿入荷重を低下させることは、ガスセンサ１００の製造工程（工程Ｅ）において、センサ素子１０（固体電解質体１１）の内側が削り取られる事象の発生を抑制することに繋がる。また、挿入荷重を低下させることは、センサ素子アッセンブリ８１とセパレータアッセンブリ８２との組み付け工程（工程Ｅ）における不良を低減させることにも繋がる。本実施形態の構成では、セラミックや金属と比較して柔らかなゴム材料のグロメット３６を介してセパレータアッセンブリ８２に圧力を加えるため、挿入荷重が大きいことは、工程不良に直結するからである。さらに、接続端子９０の接続部９０ａは、径方向における断面が有端環状となる開口部９１を有する。このため、上記工程Ｅにおいて、接続端子９０を固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入した際に、この開口部９１が遊びとして機能することで、接続端子９０とセンサ素子１０との接続を確実にすることができる。これらの結果、単一部品からなる接続端子９０を用いつつ、接続端子９０とセンサ素子１０との電気的接続の信頼性の低下を抑制することが可能なガスセンサ１００を提供することができる。

さらに、上記実施形態によれば、接続部９０ａには、開口部９１と背面部９２との間、かつ、軸線Ｏ方向の後端側に向かう方向に凹部９４が形成されている。このため、上記工程Ｅにおいて、接続端子９０をセンサ素子１０の固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入した際に、この凹部９４が遊びとして機能することで挿入時の反力を弱くすることができ、接続端子９０を固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。この結果、単一部品からなる接続端子９０を用いつつ、接続端子９０とセンサ素子１０との電気的接続の信頼性の低下をさらに抑制することが可能なガスセンサ１００を提供することができる。

Ｂ．付加的条件：
上記実施形態のガスセンサ１００は、さらに、以下に説明する付加的条件を満たしていることが好ましい。

Ｂ−１．第１のテーパ面および第１のテーパ面の角度：
図７は、第１のテーパ面９５および第２のテーパ面９６の角度について説明するための説明図である。図７は、軸線Ｏに沿って開口部９１の略中央を通る断面、換言すれば、図５（Ｃ）のＡ−Ａ断面における、接続端子９０とセンサ素子１０との断面図を表している。なお、図示の便宜上、主体金具２０等の他の部品については図示を省略している。

図７のＡ−Ａ断面において、第１のテーパ面９５の軸線Ｏに対する角度、すなわち、第１のテーパ面９５の軸線Ｏに平行な線Ｏ１に対する角度をθ１とする。同様にＡ−Ａ断面において、第２のテーパ面９６の軸線Ｏに対する角度、すなわち、第２のテーパ面９６の軸線Ｏに平行な線Ｏ２に対する角度をθ２とする。同様にＡ−Ａ断面において、センサ素子１０に形成された縮径部１６の軸線Ｏに対する角度、すなわち、縮径部１６の軸線Ｏに平行な線Ｏ３に対する角度をθ３とする。このとき、角度θ１と、角度θ２と、角度θ３とは、以下の関係１、２を満たすことが好ましい。なお、ここでいう角度θ１、角度θ２、角度θ３はそれぞれ、軸線方向の後端側に向いた角度を指す。

関係（１）：θ１＜θ３ かつ θ２＜θ３
関係（２）：θ１＝θ２

関係１を満たすと、接続部９０ａの開口部９１側に設けられた第１のテーパ面９５の中心軸線（軸線Ｏ）に対する角度θ１と、背面部９２側に設けられた第２のテーパ面９６の中心軸線（軸線Ｏ）に対する角度θ２と、のそれぞれは、センサ素子１０の固体電解質体１１に形成された縮径部１６の中心軸線（軸線Ｏ）に対する角度θ３よりも小さいため、上記工程Ｅにおいて、接続端子９０を固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。

関係２を満たすと、接続部９０ａの開口部９１側に設けられた第１のテーパ面９５の中心軸線（軸線Ｏ）に対する角度θ１と、背面部９２側に設けられた第２のテーパ面９６の中心軸線（軸線Ｏ）に対する角度θ２とは同一の角度である。このため、上記工程Ｅにおいて、接続端子９０をセンサ素子１０（固体電解質体１１）の筒孔１０ｅ内に挿入した場合における接続端子９０の傾きを抑制することができる。この結果、接続端子９０を固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。
なお、関係１と関係２の両方を満たすことがより好ましい。

Ｂ−２．第１のテーパ面および第２のテーパ面の間の長さ：
図８は、第１のテーパ面９５および第２のテーパ面９６の間の長さについて説明するための説明図である。図８は、図７と同様に、軸線Ｏに沿って開口部９１の略中央を通る断面、換言すれば、図５（Ｃ）のＡ−Ａ断面における、接続端子９０とセンサ素子１０との断面図を表している。

図８のＡ−Ａ断面において、第１のテーパ面９５の先端側の端点ＣＥ１を起点として、軸線Ｏと垂直な方向に伸ばした第２のテーパ面９６までの長さをＬ１とする。同様にＡ−Ａ断面において、筒孔１０ｅに形成された縮径部１６のうち、一方の縮径部１６の先端側の端点ＣＥ２を基点として、軸線Ｏと垂直な方向に伸ばした他方の縮径部１６までの長さをＬ２とする。なお、長さＬ２は、縮径部１６を除外した筒孔１０ｅの内径を表す。このとき、長さＬ１と長さＬ２とは、以下の関係３を満たすことが好ましい。

関係（３）：Ｌ１＜Ｌ２

関係３を満たすと、第１のテーパ面９５の先端ＣＥ１を起点とした第２のテーパ面９６までの長さＬ１は、軸線Ｏと垂直な方向における筒孔１０ｅの縮径部１６の先端ＣＥ２における内径Ｌ２よりも小さい。このため、上記工程Ｅにおいて、上下を逆としたガスセンサ１００の組み付けを行う場合、すなわち、センサ素子アッセンブリ８２を内側筒部材４０側が上側に向いた状態で保持し、セパレータアッセンブリ８１を鉛直方向に差し込むことで組み付ける場合に、センサ素子１０の縮径部１６の先端ＣＥ２が第１のテーパ面９５及び第２のテーパ面９６の中間位置で当接するため、接続端子９０を固体電解質体１１の筒孔１０ｅ内に挿入する際の挿入荷重をさらに低下させることができる。これは、接続端子９０をセンサ素子１０（固体電解質体１１）の筒孔１０ｅ内に裁置した際に、接続端子９０の先端側が、自由落下によって筒孔内に挿入されるためである。

Ｃ．変形例
上記実施形態では、ガスセンサは１本のリード線を有する。しかし、ガスセンサは、複数のリード線を有していても良い。例えば、図２において、外側電極１０ｄと主体金具２０とを電気的に接触させない構成とし、内側電極１０ａに接続されるリード線と、外側電極１０ｄに接続されるリード線と、の２本のリード線を有していても良い。また、センサ素子１０を加熱するヒータをガスセンサに設け、このヒータに接続されるリード線を別途有していても良い。

本発明は、上述の実施形態や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、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…電極部
１０ｃ…外部リード部
１０ｄ…外側電極
１０ｅ…筒孔
１１…固体電解質体
１２…鍔部
１３…有底部
１４…縦リード部
１５…リングリード部
１６…縮径部
１８…基体部
２０…主体金具
２０ａ…屈曲部
２０ｂ…段部
２０ｃ…鍔部
２０ｄ…雄ねじ部
２９…ガスケット
３１…粉体充填部
３２…絶縁部材
３３…金属リング
３４…セパレータ
３５…挿通孔
３６…グロメット
３７…フィルタ
３８…外側筒部材
３９…第２通気孔
４０…内側筒部材
４１…第１通気孔
４２…挿通孔
４３…胴部
４４…鍔部
４６…内側面
４７…開口部
５０…導電性緩衝部材
５４…外側面
６０…リード線
６１…ガラス編組チューブ
６２…プロテクタ
６３…屈曲部
６４…孔部
７０…接続端子
７１…第１の溝
７２…第２の溝
７３…第３の溝
８１…セパレータアッセンブリ
８２…センサ素子アッセンブリ
９０…接続端子
９０ａ…接続部
９０ｂ…保持部
９１…開口部
９２…背面部
９３…端子鍔部
９４…凹部
９５…第１のテーパ面
９６…第２のテーパ面
９７…腕部
９８…先端縮径部
９８…延伸部
１００…ガスセンサ
Ｏ…軸線

Claims (5)

1. 筒状の主体金具と、
   前記主体金具の内側に配置されると共に、前記主体金具の軸線方向に延びるセンサ素子と、
   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、
   前記リード線と前記センサ素子とを電気的に接続するための接続端子と、
   を備えると共に、先端側が測定対象気体に晒されるガスセンサであって、
   前記センサ素子は、
   前記軸線方向に沿って前記先端側の反対である後端側に筒孔を有すると共に、前記先端側に向かって縮径された縮径部が形成された有底筒状の固体電解質体と、
   前記固体電解質体の内側表面に形成された内側電極と、
   を備え、
   前記接続端子は、
   前記筒孔内に挿入されて前記内側電極に接触する筒状の接続部であって、前記ガスセンサの径方向における断面が有端環状となる開口部と、前記固体電解質体の中心軸線をはさんで該開口部の反対側に設けられた背面部とを有する接続部を備え、
   前記軸線方向の先端側において、前記接続部の全体が径方向の内側に向かってテーパ状に縮径し、
   前記接続部よりも前記軸線方向の先端側に配置され、前記リード線を保持して電気的に導通する保持部が、前記背面部の先端に連結してな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、
   前記接続部には、前記開口部と前記背面部との間において、前記接続部の先端向き面から前記軸線方向の後端側へ向かう方向に凹部が形成されていることを特徴とする、ガスセンサ。
3. 請求項１または２記載のガスセンサであって、
   前記接続部は、前記開口部側に第１のテーパ面を、前記背面部側に第２のテーパ面を有し、
   前記固体電解質体の中心軸線に沿って、前記開口部の略中央を通る断面において、
   前記第１のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、前記第２のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、のそれぞれは、前記固体電解質体に形成された前記縮径部の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度よりも小さいことを特徴とする、ガスセンサ。
4. 請求項３記載のガスセンサであって、
   前記第１のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度と、前記第２のテーパ面の前記固体電解質体の中心軸線に対する角度とは、同一の角度であることを特徴とする、ガスセンサ。
5. 請求項３または請求項４に記載のガスセンサであって、
   前記断面において、
   前記第１のテーパ面の先端を起点とした前記軸線と垂直な方向における前記第２のテーパ面までの長さをＬ１とし、前記軸線と垂直な方向における前記筒孔の前記縮径部の先端における内径をＬ２としたとき、
   Ｌ１＜Ｌ２
   の関係を満たすことを特徴とする、ガスセンサ。

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