JP6386919B2 - センサ - Google Patents

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Description

本発明は、センサの技術に関する。
従来より、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の吸気系統(例えば、吸気管や吸気マニホールド)や排気系統に取り付けられ、被測定ガス中の特定ガス成分(例えば、酸素やNOx)の濃度を検出するために用いられるセンサが知られている(例えば、特許文献1)。このセンサは、軸線方向に延びる板状形状をなし、軸線方向の後端側に形成された電極端子部(電気接続端子部)を有する検出素子と、電極端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材(接続端子)と、金属端子部材が挿通されるセパレータとを備える(例えば、特許文献1)。
特許文献1に開示された金属端子部材は、軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、フレーム本体部の先端部から軸線方向の後端側に折り返し、電極端子部に当接する素子当接部とを有する。この金属端子部材は、セパレータに対する自身の位置決めを行うための係合部を有する。この係合部は、フレーム本体部から検出素子が位置する側とは反対側に突出し、セパレータと係合することでフレーム本体部の動きを規制する。
特開2007−71582号公報
特許文献1の技術では、フレーム本体に対して検出素子が位置する側とは反対側に係合部が突出しているため、係合部が係合する溝部をセパレータの内壁面に設ける必要があった。溝部を設けることでセパレータの径方向における厚みが小さい部分が生じ得る。この場合、セパレータの径方向における厚みが小さい部分を無くして強度低下を抑制するために、セパレータの径方向の寸法を大きくする必要があった。これにより、センサが径方向において大型化するという課題があった。
また、センサの製造過程において、素子当接部は検出素子に押されて軸線方向に沿って移動する場合がある。また、センサが取り付けられた部分の振動等によって素子当接部が外力を受けることで、軸線方向に沿って移動する場合がある。よって、素子当接部と検出素子の電極端子部との接触を確実に図るために、素子当接部の移動量を考慮して電極端子部を軸線方向に沿って大きく形成する必要が生じ得る。電極端子部が大きくなるとセンサ全体の製造コストが高くなる場合がある。
なお、上記の課題は、ガスセンサに限らず、温度センサや圧力センサなどの各種センサに共通する課題であった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[形態1]互いに対向する第1主面及び第2主面を有すると共に軸線方向に延びる板状形状を有する検出素子であって、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電気接続端子部が形成される検出素子と、前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記軸線方向を中心とした前記挿通部の周囲に配置され前記軸線方向に延びる複数の端子収容部と、を有するセパレータと、前記複数の端子収容部のうちの少なくとも1つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電気接続端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、前記フレーム本体部の先端部から折り返して前記後端側かつ前記検出素子に近づく側に延び、前記電気接続端子部に当接する素子当接部と、を有するセンサであって、前記第1主面と前記第2主面との対向方向について、前記フレーム本体部よりも前記検出素子に近い側に位置し、前記検出素子に近づく方向への前記フレーム本体部の動きを規制するための第1の規制部を有し、前記素子当接部は、前記軸線方向の後端側に向かうに延びるバネ部であって、弾性変形して前記電気接続端子部と当接する端子接触部を形成するバネ部を有する、ことを特徴とするセンサ。この形態のセンサによれば、第1の規制部がフレーム本体部よりも検出素子に近い側に位置するため、セパレータが径方向に大型化することを抑制できる。また、第1の規制部によってフレーム本体部の動きを規制することで、素子当接部の軸線方向に沿った移動量を小さくできる。これにより、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、電気接続端子部と素子当接部とを接触させることができる。
(1)本発明の一形態によれば、互いに対向する第1主面及び第2主面を有すると共に軸線方向に延びる板状形状を有する検出素子であって、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電気接続端子部が形成される検出素子と、前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記軸線方向を中心とした前記挿通部の周囲に配置され前記軸線方向に延びる複数の端子収容部と、を有するセパレータと、前記複数の端子収容部のうちの少なくとも1つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電気接続端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する接続端子と、を備え、前記接続端子は、前記軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、前記フレーム本体部の先端部から折り返して前記後端側かつ前記検出素子に近づく側に延び、前記電気接続端子部に当接する素子当接部と、を有するセンサが提供される。このセンサは、前記第1主面と前記第2主面との対向方向について、前記フレーム本体部よりも前記検出素子に近い側に位置し、前記検出素子に近づく方向への前記フレーム本体部の動きを規制するための第1の規制部を有する。
この形態のセンサによれば、第1の規制部がフレーム本体部よりも検出素子に近い側に位置するため、セパレータが径方向に大型化することを抑制できる。また、第1の規制部によってフレーム本体部の動きを規制することで、素子当接部の軸線方向に沿った移動量を小さくできる。これにより、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、電気接続端子部と素子当接部とを接触させることができる。
(2)上記形態のセンサであって、前記第1の規制部は、前記接続端子を前記センサの構成部材として組み付けた状態において、前記フレーム本体部に当接することで前記フレーム本体部の動きを規制しても良い。
この形態のセンサによれば、接続端子を構成部材として組み付けた組付状態において、第1の規制部がフレーム本体部に当接することでフレーム本体部の動きを規制できる。よって、組付状態における素子当接部の軸線方向に沿った位置ズレを抑制できるため、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、素子当接部と電気接続端子部との接触を良好に維持できる。
(3)上記形態のセンサであって、前記第1の規制部は、前記接続端子を前記端子収容部に挿通した状態で前記検出素子の後端側を前記挿通部に配置させる組付過程において、前記フレーム本体部に当接することで前記フレーム本体部の動きを規制するように構成されていても良い。
この形態のセンサによれば、組付過程において第1の規制部がフレーム本体部に当接することでフレーム本体部の動きを規制できる。これにより、組付過程において軸線方向に沿った素子当接部の移動量を小さくできるため、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、素子当接部と電気接続端子部とを接触させることができる。
(4)上記形態のセンサであって、前記第1の規制部は、前記セパレータに設けられていても良い。
この形態のセンサによれば、セパレータの構成部材としての第1の規制部によってフレーム本体部の動きを規制できる。
(5)上記形態のセンサであって、前記素子当接部は、前記フレーム本体部の前記先端部に接続され、前記フレーム本体部から前記対向方向のうち前記検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部と、前記内側延出部のうち前記検出素子が位置する内側端部に接続され、前記内側延出部から前記軸線方向の後端側に向かう方向に延びるバネ部であって、前記電気接続端子部と当接する端子接触部を形成するバネ部と、を有し、前記センサは、さらに、前記内側延出部よりも前記後端側に位置し、前記内側延出部の前記後端側への動きを規制するための第2の規制部を有しても良い。
この形態のセンサによれば、第2の規制部によって内側延出部の後端側への動きを規制できるため、軸線方向に沿った端子接触部の移動量を更に低減できる。よって、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを更に抑制しつつ、端子接触部と電気接続端子部とを接触させることができる。
(6)上記形態のセンサであって、前記第2の規制部は、前記接続端子を前記センサの構成部材として組み付けた状態において、前記内側延出部に当接することで前記内側延出部の動きを規制しても良い。
この形態のセンサによれば、接続端子を構成部材として組み付けた組付状態において、第2の規制部が内側延出部に当接することで内側延出部の動きを規制できる。よって、組付状態における端子接触部の軸線方向に沿った位置ズレを抑制できるため、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、端子接触部と電気接続端子部との接触を良好に維持できる。
(7)上記形態のセンサであって、前記第2の規制部は、前記接続端子を前記端子収容部に挿通した状態で前記検出素子の後端側を前記挿通部に配置させる組付過程において、前記内側延出部に当接することで前記内側延出部の動きを規制するように構成されていても良い。
この形態のセンサによれば、組付過程において第2の規制部が内側延出部に当接することで内側延出部の動きを規制できる。これにより、組付過程において軸線方向に沿った端子接触部の移動量を小さくできるため、電気接続端子部の軸線方向に沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、端子接触部と電気接続端子部とを接触させることができる。
(8)上記形態のセンサであって、前記第1の規制部と前記第2の規制部は、共通する単一の部材によって形成されていても良い。
この形態のセンサによれば、第1と第2の規制部が共通する単一の部材で形成されているため、部材点数を低減できる。
(9)上記形態のセンサであって、前記第2の規制部は、前記セパレータに設けられていても良い。
この形態のセンサによれば、セパレータの構成部材としての第2の規制部によって内側延出部の動きを規制できる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、センサの他に、セセンサの製造方法等の態様で実現することができる。
本発明の実施形態としてのセンサの断面図である。 端子収容ユニットの斜視図である。 検出素子の斜視図である。 第2の接続端子を説明するための図である。 第3と第4の接続端子を説明するための図である。 セパレータ部と基体部の側部とを示す斜視図である。 セパレータ部に接続端子を配置したときの斜視図である。 図6に示す図を先端側から見た図である。 図7に示す図を先端側から見た図である。 センサの製造工程の一部を説明するための図である。 第1と第2の規制部を有さない場合の端子接触部の移動量を説明するための図である。 本実施形態の端子接触部の移動量を説明するための図である。
A.実施形態:
図1は、本発明の実施形態としてのセンサ200の断面図である。図2は、端子収容ユニット10の斜視図である。図3は、検出素子20の斜視図である。図1において、検出素子20の軸線Oに平行な方向を軸線方向CDとし、紙面上側をセンサ200の後端側BSとし、紙面下側をセンサ200の先端側ASとする。このセンサ200は、例えば、内燃機関の吸気系統に取り付けられ、吸気系統内を流れる被測定ガス中の酸素濃度を検出するための検出信号を出力する。
センサ200(図1)は、後端側BSから先端側ASの順に、端子収容ユニット10と、取付部15と、主体金具16と、プロテクタ17とを備える。また、センサ200は、軸線方向CDに延びる検出素子20を備える。
検出素子20は、板状形状であり、軸線方向CDに延びると共に互いに対向する第1板面20faと第2板面20fbとを有する。第1板面20faと第2板面20fbとは、検出素子20の主面を形成し、検出素子20の外表面のうち最も面積が大きい面である。ここで、第1板面20faと第2板面20fbとが対向する方向を対向方向FDと呼ぶ。
図3に示すように、検出素子20は、軸線方向CDの先端側AS側に位置する検出部21と、軸線方向CDの後端側BSに位置する素子後端部22とを有する。素子後端部22は、第1板面20faに形成された第1〜第3の金属端子部24a〜24cと、第2板面20fbに形成された第4と第5の金属端子部24d,24eとを有する。各金属端子部24a〜24eは白金等の金属や導電性を有する部材によって形成され、それぞれ表面が略矩形状である。第2の金属端子部24bは、他の金属端子部24a,24c,24d,24eに比べて後端側BSに配置されている。ここで、第1〜第5の金属端子部24a〜24eを区別することなく用いる場合は、「金属端子部24」を用いる。この金属端子部24が課題を解決するための手段に記載の「電気接続端子部」に相当する。検出部21は、測定対象物である被測定ガスに向けられ、被測定ガス中の特定ガス成分(例えば、酸素)の濃度を検出するために用いられる。図1に示すように、検出素子20のうち検出部21が位置する先端側部分は、多孔質部材によって形成された検出部保護層90で覆われている。
検出素子20(図3)は、空燃比センサとして用いられ、従来の検出素子と同様の構成であるため、その内部構造等の詳細説明は省略するが、概略構成を以下に説明する。検出素子20は、検出部21が形成された板状形状の素子層28と、素子層28を加熱するための板状形状のヒータ層29とが積層された積層体である。素子層28はジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする一対の電極とを、中空の測定室が一部に形成された絶縁層を介して積層した構成をなしている。素子層28は、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方の電極(「第1電極」とも呼ぶ。)を外部に晒すと共に、一対の電極の他方の電極(「第2電極」とも呼ぶ。)を測定室に配置した酸素ポンプセルと、固体電解質体の両面に形成された一対の電極の一方を測定室に配置する。また、素子層28は、第2電極を基準ガス室に配置した酸素濃度測定セルを有する。そして素子層28は、酸素濃度測定セルの出力電圧が所定の値になるように、酸素ポンプセルの一対の電極間に流す電流を制御することで、測定室内の酸素を汲み出したり、測定室内に外部から酸素を汲み入れたりする構成を有する。なお、酸素ポンプセルのうち、一対の電極、及び、固体電解質体のうちでこれら電極に挟まれる部位は、酸素濃度に応じた電流が流れる検出部21を構成する。金属端子部24は、検出部21から検出信号を取り出すためや、ヒータ層29に埋設された電熱線に電力を供給するために用いられる。
端子収容ユニット10(図1)は、後端側BSに底部31を有する有底筒状のセパレータ部30と、底部31を自身の底部として構成する有底筒状の基体部40とを備える。すなわち、セパレータ部30と基体部40との底部は共通する。基体部40は、セパレータ部30の外周を取り囲む筒状の本体部41と、本体部41から軸線方向CDに対して交差する方向に延びるコネクタ部50とを有する。本実施形態では、コネクタ部50は軸線方向CDと直交する方向に延びる。端子収容ユニット10は、樹脂部材によって一体成形されている。樹脂部材としては、成形性のよい樹脂、例えば、ナイロン(登録商標)、PA(ポリアミド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニルスルファイド)等を用いることができる。
セパレータ部30(図2)は、検出素子20や後述する第1〜第5の接続端子60a〜60eを収容するための第1〜第6の収容空間部34a〜34fと、6つの収容空間部34a〜34fを仕切る隔壁35とを有する。図1に示すように、隔壁35は底部31からセパレータ部30の先端側端面の近傍まで延びる複数の板状部材によって構成されている。隔壁35は、軸線方向CDと直交する平面において、第1〜第6の収容空間部34a〜34fを仕切る。隔壁35は、第1〜第5の接続端子60a〜60eの動きを規制する。この隔壁35による第1〜第5の接続端子60a〜60eの動きの規制方法については後述する。第1〜第6の収容空間部34a〜34fは、軸線方向CDに延びる。第1〜第5の収容空間部34a〜34eは、軸線方向CDを中心とした第6の収容空間部34fの周囲に配置されている。
第1〜第5の収容空間部34a〜34eには、対応する第1〜第5の接続端子60a〜60e(詳細には、後述する第1〜第5の接続端子60a〜60eのフレーム本体部)がそれぞれ挿通される。第6の収容空間部34fには、検出素子20の素子後端部22と第1〜第5の接続端子60a〜60eの一部(詳細には、後述する第1〜第5の接続端子60a〜60eの素子当接部の一部)が挿通される。第1〜第5の接続端子60a〜60eは、対応する第1〜第5の金属端子部24a〜24eに接触することで電気的に接続される。これにより、第1〜第5の接続端子60a〜60eは、検出素子20と酸素濃度を算出するための外部機器との間の電流経路を形成する。ここで、第1〜第5の接続端子60a〜60eを区別することなく用いる場合は、「接続端子60」を用いる。図1に示すように、第1〜第5の接続端子60a〜60e(図1では、第2の接続端子60bを参照)は、対応する第1〜第5の収容空間部34a〜34eに挿通されている。また、接続端子60は、検出素子20とセパレータ部30との間に挟持されている。すなわち、接続端子60は、複数の収容空間部34a〜34eのうちの1つに挿通された状態で、検出素子20とセパレータ部30との間に挟持されている。
図2に示すように、セパレータ部30を先端側ASから見た場合に、第6の収容空間部34fは、筒状のセパレータ部30の略中央に配置され、第1〜第5の収容空間部34a〜34eは第6の収容空間部34fよりもセパレータ部30の径方向外側に配置されている。ここで、第1〜第6の収容空間部34a〜34fを区別することなく用いる場合は、「収容空間部34」を用いる。なお、セパレータ部30の詳細構成については後述する。ここで、第1〜第5の収容空間部34a〜34eが課題を解決するための手段に記載の「端子収容部」に相当し、第6の収容空間部34fが課題を解決するための手段に記載の「挿通部」に相当する。
基体部40の本体部41は、セパレータ部30の外周を取り囲む側部44を有する。側部44は、軸線方向CDの後端側BSに位置する底部31の周縁部から軸線方向CDの先端側ASに延びる。側部44は、セパレータ部30の径方向周囲を取り囲むように配置されている。図1に示すように、隔壁35と側部44とは底部31によって間接的に接続されている。また、図2に示すように、隔壁35と側部44とは少なくとも先端側ASにおいて、接続されている。本体部41の先端側端面には、溝411が周方向に亘って形成されている。なお、本体部41の詳細構成については後述する。
コネクタ部50(図1)内には、検出素子20から出力される検出信号を外部に取り出すためのコネクタ端子52(詳細にはコネクタ端子52の一端部54)が収容されている。コネクタ端子52は、接続端子60の数に対応して5つ設けられている(図1では1つのみ図示)。コネクタ端子52は、基体部40にインサート成形されることで基体部40に取り付けられている。すなわち、基体部40の樹脂とコネクタ端子52が樹脂モールドされている。より具体的には、金型内にコネクタ端子52を配置し、コネクタ端子52の周りに樹脂を注入することでコネクタ端子52が基体部40に取り付けられる。インサート成形によって、コネクタ端子52を容易に基体部40に固定することができる。
各コネクタ端子52の他端部56は、第1〜第5の収容空間部34a〜34e内で対応する接続端子60と電気的に接続している。コネクタ端子52の一端部54はコネクタ部50の開口部58内に配置され、開口部58に外部のコネクタが挿入されることで、外部のコネクタがコネクタ端子52の一端部54に接続される。これにより、外部のコネクタを介して酸素濃度を算出するための測定機器に対して検出信号が伝達される。
主体金具16は、検出素子20が内側に配置される筒状の部材である。主体金具16は、SUS430等のステンレス鋼によって形成される。主体金具16は、検出素子20の軸線方向CDを中心とした周囲を取り囲む。主体金具16は、検出素子20の検出部21が先端側ASに突出すると共に素子後端部22が後端側BSに突出するように検出素子20を保持する。主体金具16のうち後端側BSに位置する後端側外周部168には、取付部15がレーザー溶接等によって取り付けられている。主体金具16のうち先端側ASに位置する先端側外周部167には、プロテクタ17がレーザー溶接によって取り付けられている。
主体金具16は、さらに、軸線方向CDにおいて後端側外周部168と先端側外周部167との間に位置し、全周に亘って形成された溝部162を有する。この溝部162には、シール部材158が配置されている。本実施形態では、シール部材158はO−リングである。このシール部材158は、センサ200と取付対象体との間を封止する。具体的には、シール部材80は、センサ200が取付対象体に取り付けられる際に、センサ取り付け孔の内壁に圧接されることにより変形し、センサ取り付け孔とセンサ200との間を封止する。
主体金具16内には、アルミナからなる筒状のセラミックホルダ175と、滑石粉末からなる粉末充填層173と、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ171とが、この順に先端側ASから後端側BSに向けて配置されている。更に、セラミックスリーブ171と主体金具16の後端部164との間には、加締リング157が配置されている。
セラミックホルダ175は、主体金具16のうち先端側ASに位置する棚部169に係止されている。セラミックスリーブ171は、軸線方向CDに沿った矩形状の軸孔を有する筒状体である。このセラミックスリーブ171及びセラミックホルダ175は、その矩形状の軸孔に板状の検出素子20を軸線方向CDに沿って内挿して、検出素子20を支持している。セラミックスリーブ171は、主体金具16内に装着された後、主体金具16の後端部164を径方向内側に屈曲させ、加締リング157を介して、セラミックスリーブ171の後端面に向けて加締めることにより、主体金具16内に固定されている。
プロテクタ17(図1)は、外部プロテクタ18と、外部プロテクタ18の内側に位置する内部プロテクタ19と、を有する。外部プロテクタ18及び内部プロテクタ19は有底筒状である。外部プロテクタ18及び内部プロテクタ19は、複数の孔部を有する金属製の部材である。これらの複数の孔部を通過して内部プロテクタ19内に被測定ガスが流入する。外部プロテクタ18及び内部プロテクタ19は、検出素子20の検出部21を覆うことで外部からの水等から保護する。
取付部15は、主体金具16と端子収容ユニット10とを接続する部材である。取付部15は、ステンレス鋼等の金属製の部材である。取付部15のうち先端側ASに位置する部分は主体金具16にレーザー溶接等に取り付けられ、後端側BSに位置する部分は端子収容ユニット10の基体部40に加締めによって取り付けられている。基体部40(詳細には、本体部41)の先端側端面に形成された溝411には、シール部材159が配置されている。シール部材159はO−リングである。このシール部材159は、取付部15と基体部40との取付部分を封止する。取付部15は、図1の紙面方向に突出する一対のフランジ部(図示せず)を有する。フランジ部には孔が形成されている。この孔にネジを挿通し、取付対象体に設けられたネジ孔にネジ止めすることでセンサ200が取付対象体に取り付けられる。
図4は、第2の接続端子60bを説明するための図である。図4(a)は、第2の接続端子60bの上面図である。図4(b)は、第2の接続端子60bの正面図である。図4(c)は、第2の接続端子60bの右側面図であり、図4(d)は、図4(a)のF4a−F4a断面図である。図4(d)には、第2の接続端子60bがセンサ200に組み付けられた場合の軸線方向CD及び対向方向FDを示している。図4は、検出素子20に当接していない第2の接続端子60bの自由状態における図である。
図4(d)に示すように、第2の接続端子60bは、コネクタ当接部69と、フレーム本体部62と、素子当接部61と、張り出し部63と、2つの係止部68(図4(b))とを有する。図4(d)に示すように、フレーム本体部62は、長尺形状の板状であり、軸線方向CDに延びる。
素子当接部61は、フレーム本体部62の先端部621から折り返して後端側BSに延びる。また、素子当接部61は、対向方向FDについて、フレーム本体部62の先端部621から検出素子20が位置する側(検出素子20に近づく側)に向かって延びる内側延出部64と、内側延出部64のうち検出素子20が位置する側の端部である内側端部641に接続され、内側延出部64から軸線方向CDの後端側BSに向かう方向に延びるバネ部65とを有する。本実施形態の内側延出部64は、水平方向に沿って直線状に延びる。バネ部65は、後端側BSに向かうに従って検出素子20に近づくように延びる。バネ部65の後端側BSに位置する部分は、金属端子部24と接触することで金属端子部24と電気的に接続される端子接触部67が形成されている。ここで、フレーム本体部62の先端部621は、フレーム本体部62のうち、軸線方向CDについて素子当接部61が位置する範囲の部分である。
コネクタ当接部69は、フレーム本体部62の後端部624から折り返して先端側ASに向かって延びる。コネクタ当接部69は、フレーム本体部62に対して素子当接部61が位置する側とは反対側に折り返されている。図4(a)及び図4(d)に示すように、張り出し部63は、フレーム本体部62から素子当接部61が位置する側とは反対側に延びる。張り出し部63は、コネクタ当接部69を取り囲むように形成されている。張り出し部63は、第2の収容空間部34bに収容され、第2の収容空間部34bの壁面に当たることで第2の接続端子60bの動きが規制される。図4(b)に示すように、2つの係止部68は、フレーム本体部62の先端側ASからフレーム本体部62の幅方向に突出する板状の部材である。2つの係止部68は、セパレータ部30の先端側端面に形成された溝に配置されセパレータ部30に係止されることで、フレーム本体部62が検出素子20側に変形することを抑制する。
図5は、第1と第5の接続端子60a,60eを説明するための図である。図5(a)は、第1と第5の接続端子60a,60eの上面図である。図5(b)は、第1と第5の接続端子60a,60eの正面図である。図5(c)は、第1と第5の接続端子60a,60eの右側面図である。図5(d)は、図5(a)のF5a−F5a断面図である。図5(d)には、第1と第5の接続端子60a,6eがセンサ200に組み付けられた場合の軸線方向CD及び対向方向FDを示している。第1と第5の接続端子60a,60eと第2の接続端子60b(図4)との異なる点は、係止部68の個数と素子当接部61aの構成である。第1と第5の接続端子60a,60eのその他の構成について、第2の接続端子60bと同様の構成であるため、同様の構成については同一の符号を付すと共に説明を省略する。図5は、検出素子20に当接していない第1と第5の接続端子60a,60eの自由状態における図である。
係止部68(図5(b))は、1つのみ設けられている。係止部68は、フレーム本体部62の先端側ASからフレーム本体部62の幅方向に突出する。図5(c)に示すように、素子当接部61aは、フレーム本体部62の先端部621から折り返して後端側BSに延びる。素子当接部61aと第2の接続端子60bの素子当接部61(図4)との異なる点は、内側延出部64aがフレーム本体部62の幅方向に屈曲した部分を有する点と、バネ部65aの幅がバネ部65(図4)よりも小さい点である。図5(a)及び図5(b)に示すように内側延出部64aは、水平方向に沿って直線状に延びると共に、バネ部65aが接続された側がフレーム本体部62の幅方向に屈曲する。この屈曲する方向は、係止部68が突出する方向とは反対の方向である。
第3と第4の接続端子60c,60d(図2)は、第1と第5の接続端子60a,60eと比べた場合に、係止部68及び素子当接部61aのフレーム本体部62に対する位置が反対である点でのみ異なる。すなわち、図5(b)において、第3と第4の接続端子60c,60dは、係止部68がフレーム本体部62に対して左側に位置し、バネ部65aがフレーム本体部62に対して右側に位置する。
図6は、セパレータ部30と基体部40の側部44とを示す斜視図である。図7は、セパレータ部30に接続端子60を配置したときの斜視図である。図8は、図6に示す図を先端側ASから見た図である。図9は、図7に示す図を先端側ASから見た図である。図6及び図7には、側部44(図2)のうち溝411より径方向内側の部分を示している。また、図8には、理解の容易のために、先端側端面について、側部44にはクロスハッチングを付し、隔壁35にはシングルハッチングを付すと共に、検出素子20が配置される部分を点線で示している。
図6及び図7に示すように、セパレータ部30の隔壁35は、複数の収容空間部34を仕切る。具体的には、複数の収容空間部34はそれぞれ、隔壁35によって軸線方向CDと直交する断面が略矩形状となるように区画される。すなわち、隔壁35によって収容空間部34の軸線方向CDに沿った側壁が形成されている。これにより、接続端子60及び検出素子20がセパレータ部30に配置された場合に、接続端子60のフレーム本体部62と検出素子20とのそれぞれにおける軸線方向CDを中心とした周囲が、隔壁35によって取り囲まれる。図8に示すように、隔壁35の先端側端面は、側部44に直接的に接続している。具体的には、隔壁35の先端側端面のうち、セパレータ部30の径方向外側に位置する4つの隅部35pが側部44に接続している。また、隔壁35は基体部40の底部31(図1)において間接的に接続している。隔壁35の先端側端面には、接続端子60の係止部68(図4(b),図5(b))が配置される溝38が形成されている。
図1及び図6に示すように、隔壁35は、軸線方向CDに沿って延びる第1の規制部37と、第2の規制部39とを有する。第1の規制部37は、対向方向FDについて素子後端部22とフレーム本体部62との間に位置する壁部分である。第1の規制部37は、対向方向FDについてフレーム本体部62よりも検出素子20に近い側に位置する。また、第1の規制部37は、フレーム本体部62と対向方向FDに向かい合う。第1の規制部37は、対向方向FDについて、検出素子20に近づく方向へのフレーム本体部62の動きを規制するための部材である。
第2の規制部39は、隔壁35のうち軸線方向CDの先端側の端部を形成している部分である。第2の規制部39は、内側延出部64,64aよりも後端側BSに位置する。第2の規制部39は、内側延出部64,64aと軸線方向CDに向かい合う。第2の規制部39は、軸線方向CDについて、内側延出部64,64aの後端側BSへの動きを規制するための部材である。第1と第2の規制部37,39は、樹脂部材によって一体成形されたセパレータ部30の一部分である。すなわち、第1と第2の規制部37,39は共通する単一の部材(セパレータ部30)によって形成されている。これにより、第1と第2の規制部37,39をセパレータ部30と別々に設ける場合に比べ、センサ200の部材点数を低減できる。
図9に示すように、第1〜第5の収容空間部34a〜34eには、対応する接続端子60のフレーム本体部62、張り出し部63、及び、コネクタ当接部69が収容される。第6の収容空間部34fには、検出素子20の素子後端部22(図1)と接続端子60のバネ部65,65aが収容される。ここで、図8に示すように、軸線方向CDと直交する断面において、隔壁35の厚みD1、D2は一定であることが好ましい。こうすることで、樹脂部材によってセパレータ部30を射出成形等によって形成する際に、セパレータ部30の各部分における熱収縮の程度が不均一になることを抑制できる。これにより、セパレータ部30を精度良く作成できる。なお、隔壁35の先端側端面の一部は、面取りが施され、面取り部35gが形成されている。なお、他の実施形態では、隔壁35の厚みは一定でなくても良い。
隔壁35の厚みD1,D2は、軸線方向CDと直交する以下の第1と第2の方向における厚みである。
・第1方向DR1:軸線方向CDと直交し、検出素子20の第1板面20faと第2板面20fbとが対向する方向。
・第2方向DR2:軸線方向CDと第1方向DR1に直交する方向。
本実施形態では、第1方向DR1における隔壁35の厚みを厚みD1とし、第2方向DR2における隔壁35の厚みを厚みD2としている。
図10は、センサ200の製造工程の一部を説明するための図である。具体的には図10は、検出素子20の素子後端部22を挿通部である第6の収容空間部34fに配置させる組付過程を示した図である。図10(a)〜図10(c)の順に検出素子20を軸線方向CDに沿って先端側ASから後端側BSへと移動させる。図10(b)に示す状態は、検出素子20がバネ部65aに当接してバネ部65aを弾性変形させている状態である。図10(c)に示す状態は、金属端子部24と端子接触部67との接触が完了した状態である。
センサ200(図1)の製造工程は、端子収容ユニット10内に接続端子60を配置すると共に、シール部材159を溝411内に配置した後に取付部15を端子収容ユニット10に取り付けてユニット部材を準備する工程を有する。また、主体金具16内にセラミックホルダ175、粉末充填層173、セラミックスリーブ171を配置して検出素子20を主体金具16内で保持させた素子ユニット部材を準備する工程を有する。そして、素子ユニット部材が有する検出素子20の金属端子部24が、ユニット部材が有する接続端子60の端子接触部67に接触するように、検出素子20の素子後端部22を第6の収容空間部34fに配置させる(組付工程;図10(a)〜(c))。そして、図1に示すように、取付部15と後端側外周部168とを溶接等によって互いに取り付ける(ユニット取付工程)。また、プロテクタ17とシール部材158は、素子ユニットを準備する際に、素子ユニットの一部として組み付けても良いし、ユニット取付工程の後にセンサ200の一部として組み付けても良い。
図10(b)に示すように、組付過程において、検出素子20とバネ部65、65aとの接触が開始した時点から、金属端子部24と端子接触部67との接触が完了する時点(図10(c))までの少なくとも一期間において、第1の規制部37はフレーム本体部62と当接する。また、上記一期間において、第2の規制部39は内側延出部64,64aと当接する。本実施形態では、接続端子60が端子収容部34a〜34eに挿通され配置された時点(図10(a))から金属端子部24と端子接触部67との接触が完了する時点(図10(c))において、第1の規制部37はフレーム本体部62と当接し、第2の規制部39は内側延出部64,64aと当接する。また、本実施形態では、接続端子60をセンサ200の構成部材として組み付けた状態(図1の状態)において、第1の規制部37はフレーム本体部62と対向方向FDに向かい合い、第2の規制部39は内側延出部64,64aと軸線方向CDに向かい合う。本実施形態では、組付状態において、第1の規制部37はフレーム本体部62と当接し、第2の規制部39は内側延出部64,64aと当接している。
図10に示すように、組付過程において、検出素子20はバネ部65,65aに当接することでバネ部65,65aに外力を加える。この外力によってフレーム本体部62は検出素子20に近づく方向へ移動しようとすると共に、内側延出部64aは後端側BSへ移動しようとする。しかしながら、組付過程において、第1の規制部37はフレーム本体部62に当接することでフレーム本体部62の検出素子20に近づく方向への移動を規制する。また、組付過程において、第2の規制部39は内側延出部64,64aに当接することで、内側延出部64,64aの軸線方向CDの後端側BSへの動きを規制する。これにより、組付過程において軸線方向CDに沿った素子当接部61(詳細には端子接触部67)の移動量を小さくできる。以下にこの理由を詳述する。
図11は、第1と第2の規制部37,39を有さない場合の端子接触部67の移動量を説明するための図である。図11では、図5に示す屈曲する内側延出部64a及び幅の小さいバネ部65aを有する接続端子60(第1,3,4,5の接続端子60a,60c,60d,60e)を用いて説明するが、図4に示す接続端子(第2の接続端子60b)についても同様である。図11に示すように、組付過程において検出素子20を軸線方向CDに沿って後端側BSへ移動させた場合、バネ部65aに検出素子20が当接する。これにより、点線で示すようにフレーム本体部62の先端部621は、検出素子20に近づく側に移動すると共に、内側延出部64aが軸線方向CDの後端側BSに移動するように接続端子60が変形する。また、バネ部65aは、検出素子20に押されることで内側端部641を支点として弾性変形する。接続端子60の自由状態から検出素子20を組み付けた後の組付状態までにの間に、これらの変形によって端子接触部67は軸線方向CDに沿って移動量L1だけ後端側BSに移動する。
図12は、本実施形態の端子接触部67の移動量を説明するための図である。図12では、図5に示す屈曲する内側延出部64a及び幅の小さいバネ部65aを有する接続端子60(第1,3,4,5の接続端子60a,60c,60d,60e)を用いて説明するが、図4に示す接続端子(第2の接続端子60b)についても同様である。図12に示すように、第1と第2の規制部37,39によって組付過程においてフレーム本体部62と内側延出部64aの動きが規制される。これにより、自由状態から組付状態までの移動量L2は、主にバネ部65aの弾性変形に起因することになり、移動量L1より小さい。このように本実施形態では、移動量L2を小さくできるため、端子接触部67と金属端子部24とが接触する軸線方向CDにおける接点位置のバラツキを低減できる。よって、金属端子部24の軸線方向CDに沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、端子接触部67と金属端子部24とを接触させることができる。金属端子部24の軸線方向CDに沿った寸法を小さくすることで、センサ200の製造コストを低減でき、さらに端子接触部67と金属端子部24との接触不良の低減や、端子接触部67の面積の小型化が可能となる。
また、上記実施形態では、図1に示すように、第1の規制部37がフレーム本体部62よりも検出素子20に近い側に位置するため、第1の規制部37を収容するためにセパレータ部30に溝部などを設ける必要が無い。これにより、セパレータ部30が径方向に大型化することを抑制できる。
また、上記実施形態では、接続端子60をセンサ200の構成部材として組み付けた状態において、第1の規制部37はフレーム本体部62と対向方向FDに向かい合う(図10(c))。これにより、センサ200が振動などの外力を受けることで、検出素子20に近づく方向へフレーム本体部62が移動しようとした場合でも、フレーム本体部62が第1の規制部37に当接する。これにより、フレーム本体部62の検出素子20に近づく方向への動きを規制できるため、組付状態における素子当接部61,61a(詳細には、端子接触部67)の軸線方向CDに沿った位置ズレを抑制できる。位置ズレを抑制することで、金属端子部24の軸線方向CDに沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、素子当接部61,61aと金属端子部24との接触を良好に維持できる。
また、上記実施形態では、接続端子60をセンサ200の構成部材として組み付けた状態において、第2の規制部39は、内側延出部64,64aと軸線方向CDに向かい合う(図10(c))。これにより、センサ200が振動などの外力を受けることで、内側延出部64,64aが軸線方向CDの後端側BSへ移動しようとした場合でも、内側延出部64,64aが第2の規制部39に当接する。これにより、内側延出部64,64aの後端側BSへの動きを規制できるため、組付状態における素子当接部61,61a(詳細には、端子接触部67)の軸線方向CDに沿った位置ズレを抑制できる。位置ズレを抑制することで、金属端子部24の軸線方向CDに沿った寸法が大きくなることを抑制しつつ、素子当接部61,61aと金属端子部24との接触を良好に維持できる。
また、上記実施形態によれば、第1と第2の規制部37,39がセパレータ部30に設けられている。これにより、セパレータ部30の構成部材としての第1と第2の規制部37,39によって、フレーム本体部62や内側延出部64,64aの動きを規制できる。
B.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る。
B−1.第1変形例:
セパレータ部30と基体部40とは樹脂部材によって一体成形されていたが、これに限定されるものではなく、セパレータ部30と基体部40とが別部材によって形成されていても良い。例えば、特開2007−071582号公報に開示された公知のセンサに本発明を適用しても良い。すなわち、セラミック製のセパレータと、セパレータを取り囲む基体部としての金属製の外筒と、セパレータと外筒との間に配置され、セパレータを軸線方向において支持する付勢金具とを備えるセンサに本発明を適用しても良い。
B−2.第2変形例:
上記実施形態では、第1と第2の規制部37,39は単一の部材(セパレータ部30)によって形成されていたが、別々の部材によって形成されていても良い。また、第1と第2の規制部37,39は、セパレータ部30の一部分であったが、セパレータ部30とは別部材によって形成しても良い。例えば、第1と第2の規制部37,39をセパレータ部30とは異なる部材で形成し、第1と第2の規制部37,39をセパレータ部30に取り付けても良い。また、第2の規制部39を省略しても良い。また、第1と第2の規制部37,39は合成樹脂などの絶縁性部材によって形成されていることが好ましい。こうすることで、検出素子20から出力される検出信号を精度良く外部の機器に出力できる。
B−3.第3変形例:
上記実施形態では、接続端子60は内側延出部64,64aを有さなくても良い。すなわち、フレーム本体部62の先端部621にバネ部65,65aが直接に接続されても良い。
B−4.第4変形例:
上記実施形態では、組付状態において、第1の規制部37はフレーム本体部62と当接し、第2の規制部39は内側延出部64,64aと当接していたが、これに限定されるものではなく、第1の規制部37がフレーム本体部62と向かい合い、第2の規制部39が内側延出部64,64aと向かい合っていれば良い。このようにしても、第1と第2の規制部37,39によって組付状態における素子当接部61,61aの軸線方向CDに沿った移動量(位置ズレ)を低減できる。ここで、第1の規制部37は、軸線方向CDについて、少なくともフレーム本体部62の先端部621が位置する範囲に配置されていることが好ましい。こうすることで、先端部621が検出素子20に近づく方向への動きを第1の規制部37によってより確実に規制できる。
B−5.第5変形例:
上記実施形態では、センサ200はガスセンサであったが、温度センサや圧力センサなどの各種センサに本発明を適用しても良い。センサ200が温度センサである場合、検出素子20は測定対象物の温度検出を行うための検出信号を出力する。またセンサ200が圧力センサである場合、検出素子20は測定対象物の圧力検出を行うための検出信号を出力する。
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…端子収容ユニット
15…取付部
16…主体金具
17…プロテクタ
18…外部プロテクタ
19…内部プロテクタ
20…検出素子
20fa…第1板面
20fb…第2板面
21…検出部
22…素子後端部
24a…第1の金属端子部
24b…第2の金属端子部
24c…第3の金属端子部
24d…第4の金属端子部
24e…第5の金属端子部
28…素子層
29…ヒータ層
30…セパレータ部
31…底部
34…第1の収容空間部
34a…第1の収容空間部
34b…第2の収容空間部
34c…第3の収容空間部
34d…第4の収容空間部
34e…第5の収容空間部
34f…第6の収容空間部
35…隔壁
35g…面取り部
35p…隅部
37…第1の規制部
38…溝
39…第2の規制部
40…基体部
41…本体部
44…側部
50…コネクタ部
52…コネクタ端子
54…一端部
56…他端部
58…開口部
60…接続端子
60a…第1の接続端子
60b…第2の接続端子
60c…第3の接続端子
60d…第4の接続端子
60e…第5の接続端子
61,61a…素子当接部
62…フレーム本体部
63…張り出し部
64,64a…内側延出部
65,65a…バネ部
67…端子接触部
68…係止部
69…コネクタ当接部
80…シール部材
90…検出部保護層
139…セラミックスリーブ
157…加締リング
158…シール部材
159…シール部材
162…溝部
164…後端部
167…先端側外周部
168…後端側外周部
169…棚部
171…セラミックスリーブ
173…粉末充填層
175…セラミックホルダ
200…センサ
411…溝
621…先端部
624…後端部
641…内側端部
O…軸線
CD…軸線方向
FD…対向方向
BS…後端側
AS…先端側

Claims (10)

  1. 互いに対向する第1主面及び第2主面を有すると共に軸線方向に延びる板状形状を有する検出素子であって、前記軸線方向の先端側が測定対象物に向けられ、前記軸線方向の後端側に電気接続端子部が形成される検出素子と、
    前記検出素子の後端側を挿通するための挿通部と、前記軸線方向を中心とした前記挿通部の周囲に配置され前記軸線方向に延びる複数の端子収容部と、を有するセパレータと、
    前記複数の端子収容部のうちの少なくとも1つに挿通された状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されると共に、前記電気接続端子部に電気的に接続されて電流経路を形成する接続端子と、を備え、
    前記接続端子は、前記軸線方向に延びる長尺形状のフレーム本体部と、前記フレーム本体部の先端部から折り返して前記後端側かつ前記検出素子に近づく側に延び、前記電気接続端子部に当接する素子当接部と、を有するセンサであって、
    前記第1主面と前記第2主面との対向方向について、前記フレーム本体部よりも前記検出素子に近い側に位置し、前記検出素子に近づく方向への前記フレーム本体部の動きを規制するための第1の規制部を有し、
    前記素子当接部は、前記軸線方向の後端側に向かう方向に延びるバネ部であって、弾性変形して前記電気接続端子部と当接する端子接触部を形成するバネ部を有する、ことを特徴とするセンサ。
  2. 請求項1に記載のセンサであって、
    前記第1の規制部は、前記接続端子を前記センサの構成部材として組み付けた状態において、前記フレーム本体部に当接することで前記フレーム本体部の動きを規制する、ことを特徴とするセンサ。
  3. 請求項1に記載のセンサであって、
    前記第1の規制部は、前記接続端子を前記端子収容部に挿通した状態で前記検出素子の後端側を前記挿通部に配置させる組付過程において、前記フレーム本体部に当接することで前記フレーム本体部の動きを規制するように構成されている、ことを特徴とするセンサ。
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のセンサであって、
    前記第1の規制部は、前記セパレータに設けられている、ことを特徴とするセンサ。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のセンサであって、
    前記素子当接部は、さらに、
    前記フレーム本体部の前記先端部に接続され、前記フレーム本体部から前記対向方向のうち前記検出素子が位置する側に向かって延びる内側延出部を有し、
    前記バネ部は、前記内側延出部のうち前記検出素子が位置する内側端部に接続され、前記内側延出部から前記軸線方向の後端側に向かう方向に延び、
    前記センサは、さらに、前記内側延出部よりも前記後端側に位置し、前記内側延出部の前記後端側への動きを規制するための第2の規制部を有する、ことを特徴とするセンサ。
  6. 請求項5に記載のセンサであって、
    前記第2の規制部は、前記接続端子を前記センサの構成部材として組み付けた状態において、前記内側延出部に当接することで前記内側延出部の動きを規制する、ことを特徴とするセンサ。
  7. 請求項5に記載のセンサであって、
    前記第2の規制部は、前記接続端子を前記端子収容部に挿通した状態で前記検出素子の後端側を前記挿通部に配置させる組付過程において、前記内側延出部に当接することで前記内側延出部の動きを規制するように構成されている、ことを特徴とするセンサ。
  8. 請求項5から請求項7までのいずれか一項に記載のセンサであって、
    前記第1の規制部と前記第2の規制部は、共通する単一の部材によって形成されている、ことを特徴とするセンサ。
  9. 請求項5から請求項8までのいずれか一項に記載のセンサであって、
    前記第2の規制部は、前記セパレータに設けられている、ことを特徴とするセンサ。
  10. 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載のセンサであって、
    前記第1の規制部は、前記フレーム本体部の前記先端部の前記検出素子に近づく方向への動きを規制する、ことを特徴とする、センサ。
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