JP2000206079A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素センサにおいて、使用時の振動・温度変
化等に影響されることなく、素子とリード線との接続状
態を保持できるようにする。 【解決手段】 センサ素子Ｓの内外電極５、７とリード
線１３、１４とを各々接続するセンサ素子用接続端子
９、１０は、一端にセンサ素子Ｓへの嵌合部９ｂ、１０
ａと、他端にリード線１３、１４への圧着部９ｃ、１０
ｂとからなる別体のものを溶接して製造する。嵌合部９
ｂ、１０ａは、インコネルを時効硬化させた硬い材料で
形成し、圧着部９ｃ、１０ｂは、インコネルを時効硬化
させない程々に硬い材料で形成する。又ヒータ素子１７
用の接続端子１１も、ろう付けに適したろう付け部１１
ａと、９ｃ、１０ｂと同様の圧着部１１ｂとからなる別
体のものを溶接して製造する。このため、各接続端子
９、１０、１１は、使用時の振動・温度変化等に影響さ
れずに各素子とリード線との接続状態を保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関やボイラ
ー等の各種燃焼機器において、排気中の酸素濃度を測定
するのに用いられる酸素センサに関し、詳しくは、酸素
センサを構成するセンサ素子もしくはヒータ素子とリー
ド線との接続端子を改良した酸素センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ジルコニア等からなる固体電
解質を、一端が閉塞し、他端が開口した有底筒状に形成
し、更に、その内外表面に多孔質電極を形成することに
より作製されたセンサ素子を用いて、各種燃焼機器の排
気中の酸素濃度を検出する酸素センサが知られている。

【０００３】この種の酸素センサには、センサ素子から
検出信号を取り出すために、通常、センサ素子の中空部
に内嵌されて、センサ素子の内側表面に形成された多孔
質電極に接続される第１の接続端子と、センサ素子の周
囲に外嵌されて、センサ素子の外側表面に形成された多
孔質電極に接続される第２の接続端子との２種類のセン
サ素子用接続端子が備えられ、これら各接続端子のセン
サ素子への嵌合部とは反対側端部を、夫々、検出信号取
出用のリード線に圧着することにより、リード線を介し
てセンサ素子からの検出信号を外部に取り出すようにさ
れている。

【０００４】また、このように嵌合によりセンサ素子の
各電極に接続されるセンサ素子用接続端子には、通常、
硬くて弦性（ばね力）を有し、しかも、加熱により更に
硬化（高温時効硬化）する、インコネル７５０，インコ
ネル７１８等の時効硬化材料が用いられる。尚、インコ
ネルとは、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の総称であり、数値に
応じて各金属成分の配合比率が異なる。

【０００５】つまり、酸素センサは、振動が激しく、し
かも温度変化が大きい内燃機関等の排気管に取り付けら
れることから、センサ素子用接続端子は、振動や温度変
化によってセンサ素子との接続不良が生じることのない
ようにする必要がある。そこで、従来では、こうした厳
しい条件下でもセンサ素子にしっかりと嵌合し、且つ、
その嵌合状態を保持し得る、インコネル等の時効硬化材
を用いて、センサ素子用接続端子を作製しているのであ
る。

【０００６】一方、センサ素子はある温度以上（３００
℃〜４００℃程度）でないと酸素濃度を正常動作しない
ことから、使用時に、センサ素子を速やかに活性化させ
るために、ヒータ素子を備えた酸素センサも知られてい
る。そして、ヒータ素子を備えた酸素センサには、ヒー
タ素子への給電のために、ヒータ素子の電極と給電用の
リード線とを接続するヒータ素子用接続端子が備えられ
る。

【０００７】また、このヒータ素子用接続端子は、通
常、その一端を、ヒータ素子の電極にろう付けし、他端
をリード線に圧着することにより、ヒータ素子とリード
線とを接続するようにされている。そして、このように
ろう付けによりヒータ素子に接続されるヒータ素子用接
続端子には、ろう付け部分が振動や熱膨張等によって外
れることのないようにするために、ヒータ素子の電極部
分と熱膨張率が略同じＶＮｉＰ等の比較的柔らかい材料
が使用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に嵌合と圧着とにより素子とリード線とを相互に接続す
るセンサ素子用接続端子においては、素子への嵌合部を
硬くすればするほど、素子の電極との接続状態を保持で
き、好ましいのであるが、圧着部については、硬くし過
ぎると、圧着時の変形の内の弾性変形分が大きくなり、
圧着部がゆるんでしまい、圧着部からリード線が抜け易
くなるという問題がある。このため、従来のセンサ素子
用接続端子は、その製造時に、リード線への接続不良が
生じない範囲内で硬化させるしかなく、センサ素子用接
続端子の嵌合部を、嵌合に適した硬さにすることは困難
であった。従って、従来の酸素センサでは、使用中の温
度上昇によって接続端子が高温時効硬化するまでの間
に、激しい振動があると、センサ素子用接続端子のセン
サ素子への嵌合部がゆるんでしまい、接続不良が発生す
ることがあった。

【０００９】また、ろう付けと圧着とにより素子とリー
ド線とを相互に接続するヒータ素子用接続端子において
は、ろう付け部を、ろう付けに適した比較的柔らかい材
料にて形成すると、使用中、仮にリード線が引っ張られ
た際、リード線が断線してしまったり、圧着部から抜け
てしまったりする可能性が生じる問題がある。

【００１０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、センサ素子やヒータ素子を接続端子を介
してリード線に接続するようにした酸素センサにおい
て、使用時の振動・温度変化等に影響されることなく、
素子とリード線との接続状態を保持できるようにするこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段および発明の効果】かかる
目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、
酸素濃度を検出するセンサ素子と、一端が前記センサ素
子の電極部分に嵌合され、他端が検出信号出力用のリー
ド線に圧着されることにより、該リード線と前記センサ
素子とを接続する導電性のセンサ素子用接続端子とを備
え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の酸素
濃度を検出する酸素センサであって、前記センサ素子用
接続端子の前記センサ素子側の嵌合部と前記リード線側
の圧着部とを、嵌合部の硬度が大きく圧着部の硬度が小
さくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成してなる
ことを特徴とする。

【００１２】このように、請求項１記載の酸素センサに
おいては、センサ素子から検出信号を取り出すために、
センサ素子の電極部分とリード線とを嵌合及び圧着によ
り相互に接続する導電性のセンサ素子用接続端子が備え
られている。そして、このセンサ素子用接続端子のセン
サ素子への嵌合部と、リード線への圧着部とは、嵌合部
の硬度が大きく圧着部の硬度が小さくなるよう、硬度の
異なる導電材料にて形成される。

【００１３】このため、本発明（請求項１）によれば、
センサ素子用接続端子のセンサ素子への嵌合部を、振動
により外れることのない嵌合に適したバネ力を持たせ、
センサ素子用接続端子のリード線への圧着部を、リード
線への圧着に適した硬度にすることができる。つまり、
本発明によれば、センサ素子用接続端子の嵌合部と圧着
部とを、夫々、センサ素子及びリード線を接続するのに
最適な特性にすることができる。

【００１４】従って、本発明の酸素センサによれば、使
用中に酸素センサに加わる振動によってセンサ素子用接
続端子の嵌合部がセンサ素子の電極部分から外れてしま
うとか、或いは、センサ素子用接続端子の圧着部をリー
ド線に圧着した際、圧着後の接続端子の塑性変形によっ
て、リード線が圧着部から抜けてしまう、というような
ことはなく、センサ素子の電極部分とリード線とを常に
確実に接続しておくことが可能になる。よって、本発明
によれば、センサ素子とリード線との接続不良によっ
て、酸素濃度を検出できなくなるようなことはなく、酸
素センサの信頼性を向上することが可能になる。

【００１５】次に、請求項２記載の発明は、酸素濃度を
検出するセンサ素子と、一端が前記センサ素子の電極部
分に嵌合され、他端が検出信号出力用のリード線に圧着
されることにより、該リード線と前記センサ素子とを接
続する導電性のセンサ素子用接続端子と、前記センサ素
子を加熱し、活性化させるヒータ素子と、一端が前記ヒ
ータ素子の電極部分に嵌合され、他端がヒータ素子通電
用のリード線に圧着されることにより、該リード線と前
記ヒータ素子とを接続する導電性のヒータ素子用接続端
子とを備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気
中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記各接
続端子の前記センサ素子又はヒータ素子側の嵌合部と、
前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が大きく圧
着部の硬度が小さくなるよう、硬度の異なる導電材料に
て形成してなることを特徴とする。

【００１６】すなわち、請求項２記載の酸素センサは、
請求項１記載の酸素センサの構成に加えて、センサ素子
を過熱し活性化させるヒータ素子を備える。そして、ヒ
ータ素子とリード線とを、ヒータ素子の電極部分への嵌
合部とリード線への圧着部とを有するヒータ素子用接続
端子を用いて接続するようにし、更に、このヒータ素子
用接続端子を、請求項１記載のセンサ素子用の接続端子
と同様、嵌合部の硬度が大きく圧着部の硬度が小さくな
るよう、硬度の異なる導電材料にて形成している。

【００１７】このため、本発明（請求項２）の酸素セン
サによれば、センサ素子用接続端子だけでなく、ヒータ
素子用接続端子についても、その嵌合部と圧着部とを、
夫々、素子とリード線とを接続するのに最適な特性にす
ることができる。よって、本発明によれば、センサ素子
とリード線との接続不良によって酸素濃度を検出できな
くなるのを防止できるだけでなく、ヒータ素子とリード
線との接続不良によって、センサ素子を加熱できなくな
るのも防止し、酸素センサの信頼性をより一層向上する
ことが可能になる。

【００１８】ここで、請求項１又は請求項２記載の酸素
センサにおいて、センサ素子とリード線とを接続するセ
ンサ素子用接続端子、或いは、請求項２記載の酸素セン
サにおいてヒータ素子とリード線とを接続するヒータ素
子用接続端子としては、嵌合部を、請求項３に記載のよ
うに、加熱により硬化（高温時効硬化）する時効硬化材
にて構成するとよい。

【００１９】つまり、嵌合部を、こうした時効硬化材に
て構成すれば、熱処理等によって嵌合部を、センサ素子
或いはヒータ素子への嵌合に適した硬さにまで時効硬化
させることができ、熱処理を行う際の温度や処理時間を
管理することにより、嵌合部の硬度調整を容易に行うこ
とができる。また、時効硬化材は、使用時の温度変化に
よって、更に硬化することはあっても、軟化して弦性
（ばね力）が弱まることはないので、各素子用接続端子
のセンサ素子或いはヒータ素子への嵌合状態をしっかり
と保持し、振動等により嵌合部で素子の電極への接続不
良が生じるのを防止できる。

【００２０】また請求項１又は請求項２記載の酸素セン
サのように、センサ素子用接続端子やヒータ素子用接続
端子の嵌合部と圧着部とを異なる特性にするには、例え
ば、嵌合部と圧着部とを同一の時効硬化材にて一体形成
し、嵌合部側のみを熱処理により時効硬化させるように
してもよいが、この場合、圧着部が時効硬化することの
ないよう、嵌合部と圧着部を熱的に隔離した状態で、嵌
合部を時効硬化させる必要があり、極めて困難である。
また、こうした製造方法を実現できたとしても、専用の
製造装置が必要になり、コストアップにつながる。

【００２１】そこで、請求項１又は請求項２記載の酸素
センサにおいて、センサ素子用或いはヒータ素子用の接
続端子は、嵌合部と圧着部とを別体で製造しておき、そ
の後、嵌合部と圧着部とを接合することにより、一体化
するとよい。そして、このように別体で製造した嵌合部
と圧着部とを接合して一体化するに当たっては、請求項
４に記載のように、嵌合部と圧着部とを圧着によって接
続するようにしてもよいし、また、請求項５に記載のよ
うに、嵌合部と圧着部とを溶着にて接続するようにして
もよい。また、このように嵌合部と圧着部とを溶着する
際には、レーザ溶接又はスポット溶接にて行うようにす
れば、一般的な溶接機を利用できるので、好ましい。

【００２２】尚、請求項４記載のように、嵌合部と圧着
部とを圧着によって接続する場合には、嵌合部は、嵌合
に適した硬さに設定されており、圧着には向かないの
で、圧着部側に嵌合部側の接続部分を覆う圧着用の接続
部分を形成し、この接続部分を周囲から加締めることに
より、嵌合部と圧着部とを圧着接続するようにするとよ
い。

【００２３】次に請求項６記載の発明は、酸素濃度を検
出するセンサ素子と、一端が前記センサ素子の電極部分
に嵌合され、他端が検出信号出力用のリード線に圧着さ
れることにより、該リード線と前記センサ素子とを接続
する導電性のセンサ素子用接続端子と、前記センサ素子
を加熱し、活性化させるヒータ素子と、一端が前記ヒー
タ素子の電極部分にろう付けされ、他端がヒータ素子通
電用のリード線に圧着されることにより、該リード線と
前記ヒータ素子とを接続する導電性のヒータ素子用接続
端子とを備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排
気中の酸素濃度を検出する酸素センサであって、前記セ
ンサ素子用接続端子の前記センサ素子側の嵌合部と前記
リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が大きく圧着部
の硬度が小さくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形
成し、前記ヒータ素子用接続端子の前記ヒータ素子側の
ろう付け部と前記リード線側の圧着部とを、ろう付け部
の熱膨張率が小さく圧着部の熱膨張率が大きく、かつ、
ろう付け部の硬度が小さく圧着部の硬度が大きくなるよ
う、熱膨張率と硬度の異なる導電材料にて形成してなる
ことを特徴とする。

【００２４】即ち、本発明（請求項６）の酸素センサ
は、請求項２に記載の酸素センサと同様、請求項１記載
の酸素センサの構成に加えて、センサ素子を過熱し活性
化させるヒータ素子を備える。そして、ヒータ素子とリ
ード線とを、ヒータ素子の電極部分へのろう付け部とリ
ード線への圧着部とを有するヒータ素子用接続端子に
て、ろう付けと圧着とで接続するようにし、更に、この
ヒータ素子用接続端子を、ろう付け部の熱膨張率が小さ
く圧着部の熱膨張率が大きく、かつ、ろう付け部の硬度
が小さく圧着部の硬度が大きくなるよう、熱膨張率と硬
度の異なる導電材料にて形成している。

【００２５】このため、本発明（請求項６）の酸素セン
サによれば、ヒータ素子用接続端子のろう付け部及び圧
着部の熱膨張率と硬度とを、夫々、ヒータ素子及びリー
ド線への接続に適した特性にすることができる。よっ
て、本発明の酸素センサにおいても、請求項３記載の酸
素センサと同様、センサ素子とリード線との接続不良に
よって酸素濃度を検出できなくなるのを防止できるだけ
でなく、ヒータ素子とリード線との接続不良によって、
センサ素子を加熱できなくなるのも防止し、酸素センサ
の信頼性をより一層向上することが可能になる。

【００２６】つまり、ろう付けを行うには熱膨張率の小
さい材料を用いるのが適当であるが、そういった材料
は、大抵の場合柔らかく、ヒータ素子用接続端子を介し
たヒータ素子とリード線との接続に十分な引張強度が得
られない可能性がある。そこで、例えばろう付けに適し
た材料と圧着に適した材料とを接合する等して、ろう付
け部及び圧着部の特性（熱膨張率及び硬度）を適切なも
のに設定すれば、引張強度の向上が可能となる。

【００２７】即ち、請求項６記載の酸素センサのよう
に、ヒータ素子用接続端子のろう付け部と圧着部とを異
なる特性にするためには、これら各部を同一材料にて一
体形成することは困難であることから、請求項６記載の
酸素センサにおいて、ヒータ素子用接続端子を製造する
際には、ろう付け部と圧着部とは別体で作製し、その後
これら各部を接合することになる。

【００２８】そして、このように別体で製造したろう付
け部と圧着部とを接合して一体化するに当たっては、請
求項７に記載のように、ろう付け部と圧着部とを圧着に
よって接続するようにしてもよいし、また、請求項８に
記載のように、ろう付け部と圧着部とを溶着にて接続す
るようにしてもよい。そして、ろう付け部と圧着部とを
溶着する際には、レーザ溶接又はスポット溶接にて行う
ようにすれば、一般的な溶接機を利用できるので、好ま
しい。

【００２９】尚、請求項７に記載のようにろう付け部と
圧着部とを圧着によって接続する場合には、ろう付け部
は、ヒータ素子の電極部分へのろう付けに適した特性に
設定されており、圧着には向かないので、圧着部側にろ
う付け部側の接続部分を覆う圧着用の接続部分を形成
し、この接続部分を周囲から加締めることにより、ろう
付け部と圧着部とを圧着接続するようにするとよい。

【００３０】また、請求項６記載の酸素センサにおい
て、センサ素子用接続端子については、請求項３又は請
求項４又は請求項５に記載の技術を適用し、嵌合部を、
加熱により硬化する時効硬化材にて構成したり、或い
は、嵌合部と圧着部とを圧着によって接続したり、或い
は、嵌合部と圧着部とを溶着によって接続するとよい。

【００３１】また次に、請求項９記載の発明は、請求項
１又は請求項２又は請求項６に記載の酸素センサにおい
て、前記センサ素子は、一端が閉塞し他端が開口した有
底筒状の固体電解質の内外表面に多孔質電極を形成する
ことにより構成され、前記センサ素子用接続端子は、前
記センサ素子の中空部に内嵌されて、前記センサ素子の
内側表面に形成された多孔質電極とリード線とを接続す
る第１接続端子と、前記センサ素子の周囲に外嵌され
て、前記センサ素子の外側表面に形成された多孔質電極
とリード線とを接続する第２接続端子と、からなること
を特徴とする。

【００３２】この請求項９記載の酸素センサは、従来技
術の項にて説明した一般的な酸素センサに、請求項１，
請求項２，又は請求項６記載の発明を適用したものであ
り、センサ素子として、固体電解質にて有底筒状に形成
したものを備え、このセンサ素子の内外表面に各々形成
された多孔質電極とリード線とを夫々接続するための２
つの接続端子（第１接続端子及び第２接続端子）を備え
る。そして、これら各接続端子は、請求項１，請求項
２，又は請求項６記載のように構成される。従って、本
発明（請求項９）の酸素センサにおいては、請求項１，
請求項２，又は請求項６記載のものと同様の効果を得る
ことができ、信頼性の高い酸素センサとなり得る。

【００３３】尚、本発明（請求項１，請求項２，又は請
求項６記載の酸素センサ）は、請求項９に記載のように
有底筒状に形成されたセンサ素子を備えた酸素センサに
限らず、例えばセラミック基板にチタニア等の遷移金属
酸化物からなるセンサ素子を形成したセンサ素子を備え
たもの、或いは、ジルコニア等からなる固体電解質を扁
平な基板状に形成し、その表裏面に多孔質電極を形成し
たセンサ素子を１又は複数備えたものであっても適用で
きる。つまり、本発明は、センサ素子自体に嵌合するこ
とによりセンサ素子とリード線とを電気的に接続するセ
ンサ素子用接続端子を備えた酸素センサであれば、適用
でき、上記と同様の効果を得ることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された実施例のヒー
タ付酸素センサ（以下、単に「酸素センサ」という）の
全体構成を示す断面図である。

【００３５】本実施例の酸素センサにおいて、酸素濃度
を検出するセンサ素子Ｓは、図１に示す如く、ジルコニ
アを主成分とする酸素イオン伝導性の固体電解質にて、
一端が閉塞し他端が開口した有底筒形状に形成されたセ
ンサ素子本体３を備える。そして、センサ素子本体３の
内面側および外面側には、夫々、白金からなる耐熱性の
多孔質電極である内側電極５および外側電極７が形成さ
れ、更に、センサ素子本体３の外側中央には、鍔部３ａ
が形成されている。

【００３６】また、内側電極５及び外側電極７は、セン
サ素子Ｓの開口部近傍に内嵌及び外嵌された一対のセン
サ素子用接続端子（第１接続端子及び第２接続端子）９
及び１０を介して、検出信号を外部に取り出すためのリ
ード線１３、１４に接続されている。尚、リード線１
３、１４は、絶縁材にて被覆保護された被覆線である。

【００３７】また、センサ素子Ｓの中空部には、センサ
素子Ｓを加熱して活性化させるためのヒータ素子１７が
挿入されている。このヒータ素子１７は、セラミックス
のグリーンシートに発熱抵抗体パターンを形成し、これ
を円筒状に巻いて、焼結した所謂セラミックヒータであ
り、センサ素子Ｓの中空部に内嵌された接続端子９に把
持されることにより、センサ素子Ｓの中空部に固定され
ている。

【００３８】また、ヒータ素子１７の一端は、センサ素
子Ｓの開口部から外側（図では上方）に突出しており、
その突出した先端部分の外壁には、内部の発熱抵抗体パ
ターンに電源を供給するための一対の給電用電極１８
（図１は一方の電極のみを示す）が形成されている。そ
して、これら一対の給電用電極１８には、一対のヒータ
素子用接続端子１１（図１は一方の接続端子のみを示
す）が夫々ろう付けされ、このヒータ素子用接続端子１
１を介して、外部からヒータ素子１７に電源供給を行う
ためのリード線１５、１６が接続されている。尚、リー
ド線１５、１６は、センサ素子用のリード線１３、１４
と同様、絶縁材にて被覆保護された被覆線である。

【００３９】次に、センサ素子Ｓは、セラミック性の筒
状の保持部材２１、２３、タルク粉末２５、パッキン２
７等を介して、耐熱金属製の主体金具２９内に、主体金
具２９を貫いて図の上下に延びるように、その軸中心を
あわせて配置される。そして、主体金具２９の下部に
は、センサ素子Ｓの先端部（筒の一端を閉塞した側）の
周囲を被うように、被測定ガスを導入する孔部３１ａを
有する保護キャップ３１が装着され、主体金具２９の上
部には、センサ素子Ｓおよびセラミックヒータ１７の上
部の周囲を覆うように、耐熱金属製（本実施例ではステ
ンレス製）の内筒３３がＯリング３５を介して加締めに
よって取り付けられ、更に、内筒３３の上部には、耐熱
金属製（本実施例ではステンレス製）の外筒３９が外嵌
されている。

【００４０】尚、内筒３３の上部と外筒３９との間の空
間（即ち、センサ素子Ｓ上方の空間）には、リード線１
３〜１６が貫通する貫通孔４３が形成された略円柱状の
セラミックセパレータ４５およびグロメットゴム４７
が、センサ素子Ｓ側から順に配置され、これによって、
内部に水等が侵入するのを防止している。

【００４１】この様に構成された本実施例の酸素センサ
は、主体金具２９を介して、例えば内燃機関等の排気管
に取り付けられ、保護キャップ３１にて保護されたセン
サ素子Ｓの先端部が排気管内部に突出して、測定対象で
ある排気ガスに晒される。一方、リード線１３〜１６の
捩り芯線の隙間等を介してセンサ素子Ｓの内側には、大
気が導入されている。その結果、センサ素子Ｓの内側電
極５と外側電極７との間には、大気中の酸素濃度と被測
定ガス中の酸素濃度との比に応じた電圧が発生し、その
電圧が検出信号として外部に出力されることになる。

【００４２】次に、本発明に関わる主要部である、セン
サ素子Ｓとリード線１３、１４とを接続するセンサ素子
用接続端子９、１０、及び、ヒータ素子１７とリード線
１５、１６とを接続するヒータ素子用接続端子１１の構
成を説明する。図２（ａ）に示すように、まず、センサ
素子Ｓの中空部に内嵌されるセンサ素子用接続端子９
は、センサ素子Ｓの中空部に挿入される側の先端部分
に、ヒータ素子１７よりも内径が小さく、ヒータ素子１
７を嵌入することによりヒータ素子１７を把持可能な把
持部９ａを有する。また、この把持部９ａには、センサ
素子Ｓの中空部の内径よりも外径が大きく、センサ素子
Ｓの中空部に嵌入することにより、センサ素子の中空部
に内嵌される嵌合部９ｂが延設されている。一方、セン
サ素子Ｓの中空部から突出したセンサ素子用接続端子９
の先端部分（把持部９ａとは反対側の先端部分）には、
リード線１３の芯線を収納可能に形成され、周囲から加
締めることによりリード線１３に圧着可能な圧着部９ｃ
を有する。

【００４３】そして、把持部９ａ及び嵌合部９ｂと、圧
着部９ｃとは、元々、別体で作製されており、センサ素
子用接続端子９は、これら別体で作製したものを、例え
ばスポット溶接，レーザ溶接等の溶接により溶着するこ
とにより、これら各部を備えた接続端子として構成され
ている。

【００４４】即ち、把持部９ａは、ヒータ素子１７に外
嵌されることにより、ヒータ素子１７を把持する部分で
あり、嵌合部９ｂは、センサ素子Ｓの中空部に内嵌され
ることにより、ヒータ素子Ｓの中空部に固定されると同
時に内側電極５と電気的に接続される部分であるため、
硬く弦性（ばね力）を有する材料にて形成することが望
ましい。逆に、圧着部９ｃは、リード線１３の芯線周囲
に配置されて外から加締めることにより、リード線１３
に圧着される部分であるため、把持部９ａや嵌合部９ｂ
と同様に、硬く弦性（ばね力）を有する材料にて形成す
ると、圧着後に圧着部９ｃが広がり、リード線１３が抜
けてしまうことになる。そこで、本実施例では、把持部
９ａ及び嵌合部９ｂと、圧着部９ｃとを別体で形成し、
これら各部を溶着することにより、一体化しているので
ある。

【００４５】具体的には、インコネル７５０（又はイン
コネル７１８）からなる板材をプレス等にて型抜きする
ことにより、把持部９ａ、嵌合部９ｂ、平面状の溶着部
分であるプレート部９ｆ、及び嵌合部９ｂとプレート部
９ｆとを接続するリード部９ｈからなる第１部材と、圧
着部９ｃ、平面状の溶着部分であるプレート部９ｅ、及
び圧着部９ｃとプレート部９ｅとを接続するリード部９
ｇからなる第２部材とを作製する。そして、第１部材に
ついては、更に、金型等を利用して、把持部９ａ及び嵌
合部９ｂが夫々嵌合に適した所望の径となるようにプレ
ス形成した後、これを、熱処理にて硬化（高温時効硬
化）させる。

【００４６】尚、この熱処理は、例えば、７２０℃で約
８時間加熱し、次に、時間当たり５５℃の温度変化で２
時間弱徐冷し、更に、６２０℃で約８時間加熱し、その
後は、常温まで空冷する、といった手順で行う。そし
て、この手順で熱処理した第１部材は、硬度Ｈｖ４５０
から４６０以上を達成できる。

【００４７】一方、第２部材については、金型等を利用
して、圧着部９ｃがリード線１３の加締めに適した所望
の形状となるようにプレス形成するだけで、硬化用の熱
処理は行わない。この結果、第２部材の硬度は、Ｈｖ２
００から４００となり、第１部材よりも柔らかい材質と
なる。

【００４８】そして最後に、第１部材のプレート部９ｆ
と第２部材のプレート部９ｅとの板面を合わせて積層
し、この積層部分の中央を溶接用の電極部で挟持し、高
電圧を印加して発生する熱により溶融して接合して溶接
部９ｄを形成する（スポット溶接の場合）。

【００４９】尚、第１部材のプレート部９ｆおよび第２
部材のプレート部９ｅは、スポット溶接しやすいよう
に、それぞれの横方向（図２（ａ）に対して）の幅を同
一とし、それぞれのリード部９ｈ及びリード部９ｇの横
方向の幅に対して幅広に形成されている。

【００５０】一方、図２（ｂ）に示すように、センサ素
子用接続端子１０は、一端に、センサ素子Ｓの周囲の外
径よりも内径が小さく、センサ素子Ｓを嵌入することに
より、センサ素子の周囲に外嵌される嵌合部９ｂを有
し、他端に、リード線１４の芯線を収納可能に形成さ
れ、周囲から加締めることによりリード線１４に圧着可
能な圧着部１０ｂを有する。

【００５１】そして、嵌合部１０ａと、圧着部１０ｂと
は、元々、別体で作製されており、センサ素子用接続端
子１０は、これら別体で作製したものを、例えばスポッ
ト溶接、レーザ溶接等の溶接により溶着することによ
り、これら各部を備えた接続端子として構成されてい
る。

【００５２】即ち、嵌合部１０ａは、センサ素子Ｓの周
囲に外嵌されることにより、外側電極７と電気的に接続
される部分であるため、硬く弦性（ばね力）を有する材
料にて形成することが望ましい。圧着部１０ｂは、セン
サ素子用接続端子９の圧着部９ｃと同様に塑性変形しな
い程度の硬さで弦性（ばね力）を有する圧着部に適した
材料にて形成することが望ましい。そこで、本実施例で
は、嵌合部１０ａと、圧着部１０ｂとを別体で形成し、
これら各部を溶着することにより、一体化しているので
ある。

【００５３】具体的には、インコネル７５０（又はイン
コネル７１８）からなる板材をプレス等にて型抜きする
ことにより、嵌合部１０ａ、平面状の溶着部分であるプ
レート部１０ｅ、及び嵌合部１０ａとプレート部１０ｅ
とを接続するリード部１０ｆからなる第３部材と、圧着
部１０ｂ、平面状の溶着部分であるプレート部１０ｄ、
及び圧着部１０ｂとプレート部１０ｄとを接続するリー
ド部１０ｇからなる第４部材とを作製する。

【００５４】第３部材は、金型等を利用して、嵌合部１
０ａが嵌合に適した所望の径となるようにプレス形成し
た後、センサ素子用接続端子９の第１部材と同様の熱処
理を行うことによって製造される。また、第４部材につ
いては、センサ素子用接続端子９の第２部材同様、プレ
ス形成するだけで、硬化用の熱処理は行わない。また、
第３部材と第４部材の接合方法についても既述したセン
サ素子用接続端子９の第１部材と第２部材との接合方法
と同様である。

【００５５】尚、第３部材のプレート部１０ｅ及び第４
部材のプレート部１０ｄは、スポット溶接しやすいよう
に、センサ素子用接続端子９と同様、それぞれの横方向
（図２（ａ）に対して）の幅を同一とし、それぞれのリ
ード部１０ｆ及びリード部１０ｇの横方向の幅に対して
幅広に形成されている。

【００５６】次に、図３に示すように、ヒータ素子１７
とリード線１５、１６とを接続する一対のヒータ素子用
接続端子１１は、一端に、ヒータ素子１７の給電用電極
１８にろう付けされる棒状のろう付け部１１ａを有し、
他端（ろう付け部１１ａとは反対側の先端部分）に、リ
ード線１５、１６の芯線を収納可能に形成され、周囲か
ら加締めることによりリード線１５、１６に圧着可能な
圧着部１１ｂを有する。

【００５７】そして、ろう付け部１１ａと、圧着部１１
ｂとは、元々、別体で作製されており、ヒータ素子用接
続端子１１は、これら別体で作製したものを、例えばス
ポット溶接、レーザ溶接等の溶接により溶着することに
より、これら各部を備えた接続端子として構成されてい
る。

【００５８】即ち、ろう付け部１１ａは、ヒータ素子１
７の給電用電極１８にろう付けされるため、ヒータ素子
１７を形成するセラミックスと熱膨張率の合う、熱膨張
率の小さい、柔らかい材料にて形成することが望まし
い。逆に、圧着部１１ｂは、リード線１５、１６の芯線
周囲に配置されて外から加締めることにより、リード線
１５、１６に圧着される部分であるため、ろう付け部と
同じ熱膨張率が小さい柔らかい材料にて形成すると、リ
ード線１５、１６の芯線が内燃機関の排気ガス温度上昇
により熱膨張した後、冷却するとリード線の芯線だけが
収縮し、圧着部１１ｂが広がったままの状態となるた
め、リード線１５，１６が抜けてしまうことになる。そ
こで、本実施例では、ろう付け部１１ａと、圧着部１１
ｂとを別体で形成し、これら各部を溶着することによ
り、一体化しているのである。

【００５９】具体的には、ＶＮｉＰからなる板材をプレ
ス等にて型抜きして所望の形状にプレス加工することに
より、ろう付け部１１ａ、平面状の溶着部分であるプレ
ート部１１ｄ、及びろう付け部１１ａとプレート部１１
ｄとを接続するリード部１１ｅからなる第５部材を作製
する。

【００６０】またインコネル７５０（又はインコネル７
１８）からなる板材をプレス等にて型抜きすることによ
り、圧着部１１ｂ、及び平面状の溶着部分であるプレー
ト部１１ｆからなる第６部材を作製する。第６部材につ
いては、センサ素子用接続端子９，１０の第２、第４部
材と同様、プレス形成するだけで、硬化用の熱処理は行
わない。

【００６１】そして最後に、第５部材のプレート部１１
ｄと第２部材のプレート部１１ｆとの板面を合わせて積
層し、この積層部分の中央を溶接用の電極部で挟持し、
高電圧を印加して発生する熱により溶融して接合して溶
接部１１ｃを形成する（スポット溶接の場合）。

【００６２】以上説明してきた如く、本実施例によれ
ば、センサ素子用接続端子９、１０は、嵌合部９ｂ、１
０ａと、圧着部９ｃ、１０ｂとを、それぞれ、硬くて強
い弦性（ばね力）を有した材料と、程々に硬く圧着に適
した弦性を有し、かつ硬すぎて圧着後に塑性変形しない
材料とによって別体で形成し、この別体のものをスポッ
ト溶接によって接合して製造する。

【００６３】このため、使用中に酸素センサに加わる振
動によってセンサ素子用接続端子９、１０の嵌合部９
ｂ、１０ａがセンサ素子Ｓの電極部分５、７から外れて
しまうとか、或いは、センサ素子用接続端子９、１０の
圧着部９ｃ、１０ｂをリード線１３、１４に圧着した
際、圧着後の接続端子の塑性変形によって、リード線１
３、１４が圧着部９ｃ、１０ｂから抜けてしまう、とい
うようなことはなく、センサ素子Ｓの電極部分５、７と
リード線１３、１４とを常に確実に接続しておくことが
可能になる。

【００６４】また、ヒータ素子用接続端子１１は、ろう
付け部１１ａと圧着部１１ｂとを、それぞれ、ヒータ素
子と熱膨張率の合う、柔らかいろう付けに適した材料
と、程々に硬く圧着に適した弦性を有し、かつ硬すぎて
圧着後に塑性変形しない材料とによって別体で形成し、
この別体のものをスポット溶接によって接合して製造す
る。

【００６５】このため、使用中に酸素センサに加わる振
動と熱膨張によってヒータ素子用接続端子１１のろう付
け部１１ａがヒータ素子１７の電極部分１８から剥がれ
落ちてしまうとか、或いは、ヒータ素子用接続端子１１
の圧着部１１ｂがリード線１５、１６の芯線が内燃機関
の排気ガス温度上昇により熱膨張した後、冷却するとリ
ード線１５、１６の芯線だけが収縮し、圧着部１１ｂが
広がったままとなり抜けてしまう、というようなことは
なく、ヒータ素子１７の電極部分１８とリード線１５、
１６とを常に確実に接続しておくことが可能になる。

【００６６】また、本実施例では、嵌合部９ｂ、１０ａ
は、熱処理を行う際の温度や処理時間を管理することに
より、自由に嵌合部９ｂ、１０ａの硬度調整を容易に行
うことができる。従って、いろいろなセンサ素子の構
造、形状、材質に合わせて硬度を調整し、最適な嵌合状
態を得ることができる。また、使用開始から硬度を一定
とするようにしたり、使用開始後内燃機関の温度の上昇
下降とともに徐々に硬度が上がるようにすることもでき
る。

【００６７】また、他方の圧着部９ｃ、１０ｂ、及び１
１ｂは、熱処理しないそのままのインコンネル７５０
（又はインコネル７１８）にて形成されている。つま
り、一旦加締めて圧着された直後には、熱処理して時効
硬化させない分、硬すぎて塑性変形することがない。し
かしその後は、内燃機関の排気ガス温度が上昇したり、
下降したりが繰り返されると自然に熱処理が加えられ時
効硬化し、一層圧着力が増加する。従って、圧着部９
ｃ、及び１０ｂは、リード線に対し外れにくくすること
ができる。

【００６８】また、特にセンサ素子用接続端子９は、上
記の如く嵌合部９ｂと一体で形成されたヒータ把持部９
ａを備える。この一体の把持部９ａは、言うまでもなく
嵌合部９ｂと同じ熱処理をして時効硬化させたインコネ
ル７５０（又ｈインコネル７１８）を用いている。この
ため、使用開始直後からヒータ素子１７を把持する力が
強く、安定している。従って、内燃機関に発生する激し
い排気温度の変化や振動にもかかわらず、ヒータ把持部
９ａによってヒータ素子１７をセンサ素子Ｓの中空部に
しっかりと固定することができ、ヒータ素子１７がセン
サ素子Ｓに当たってしまうなどということがない。

【００６９】以上、本発明の一実施例を説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態
様をとることができる。例えば、上記ヒータ素子用接続
端子１１のろう付け部１１ａは、ヒータ素子と嵌合する
嵌合部に替えることができ、このことを第二の実施例と
して図４に基づいて説明する。尚、図４は、嵌合部と圧
着部を有するヒータ素子用接続端子５０，５１の説明図
である。

【００７０】図４において、ヒータ素子１７の周囲に軸
方向にずらして給電用電極１００、１０１が設けられて
いる。そして、接続端子５０，５１は、一端に、この給
電用電極１００，１０１と嵌合する嵌合部５０ａ，５１
ａを有し、他端にリード線１５，１６と圧着する圧着部
５０ｂ，５１ｂを有する。嵌合部５０ａ，５１ａは、ヒ
ータ素子１７の周囲の外径よりも内径が小さく、この内
径の小さい嵌合部５０ａ，５１ａにヒータ素子１７を嵌
入し、それぞれ、ヒータ素子の周囲に軸方向にズラした
状態で外嵌される。即ち、嵌合部５０ａ，５１ａは、給
電用電極１００、１０１に覆うようにして接続されるこ
ととなる。

【００７１】他端の圧着部５０ｂ，５１ｂは、接続端子
５０，５１の先端部分（嵌合部５０ａ，５１ａとは反対
側の先端部分）に、リード線１５，１６の芯線を収納可
能に形成され、周囲から加締めることによりリード線１
５，１６に圧着される。尚、この接続端子５０，５１の
嵌合部５０ａ，５１ａおよび圧着部５０ｂ，５１ｂは、
それぞれが、センサ素子用の接続端子９，１０のものと
同様の材料で形成し、同様の熱処理の手順によって製造
される。また同様に、嵌合部５０ａ，５１ａおよび圧着
部５０ｂ，５１ｂは、それぞれを別体で形成し、この別
体のものをスポット溶接によって溶接部５０ｃ，５１ｃ
を形成して接合し、製造する。

【００７２】このため、このヒータ素子用接続端子５
０，５１においても、上記実施例のヒータ素子用接続端
子１１と同様、嵌合部５０ａ，５１ａがヒータ素子１７
の電極部分１００，１０１から外れてしまうとか、或い
は、圧着部５０ｂ，５１が圧着後の塑性変形によって、
リード線１５，１６から抜けてしまう、といったことを
防止し、ヒータ素子１７の給電用電極１００，１０１と
リード線１５，１６とを確実に接続できる。

【００７３】また、嵌合部５０ａ，５１ａは、センサ素
子用接続端子９，１０と同様、熱処理を行う際の温度や
処理時間を管理することにより、嵌合部５０ａ，５１ａ
の硬度調整を容易に行うことができる。また、圧着部５
０ｂ、５１ｂも、接続端子９、１０同様、内燃機関の排
気温度変化によって自然に熱処理が加えて時効硬化する
ことから、使用に伴い一層圧着力が増加し、リード線１
５、１６に対し外れにくくすることができる。

【００７４】一方、上記実施例では、接続端子９、１
０、５０、５１の嵌合部９ｂ、１０ａ、５０ａ、５１ａ
は、高温での熱処理後、中温で熱処理を加えて常温まで
空冷することにより製造するものとして説明したが、他
の製造方法としては、単に、７２０℃で９０分熱処理し
た後、徐冷して時効硬化させるようにしてもよい。この
ように時効硬化させても硬度としてはＨｖ４５０以上に
することができ、実用上問題なく使用可能である。

【００７５】また、接続端子の９、１０、１１、５０、
５１の圧着部９ｃ、１０ｂ、１１ｂ、５０ｂ、５１ｂに
は、熱処理をしないインコネル７５０（又はインコネル
７１８）を用いるものとして説明したが、他には、黄銅
にメッキをほどこしたものを用いても実用上問題なく使
用可能である。

【００７６】また、本発明の接続端子１１のろう付け部
１１ａは、ＶＮｉＰを用いるものとして説明したが、電
子管用ニッケル材の中には他にも好適なものが存在す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のヒータ付酸素センサの全体構成を示
す断面図である。

【図２】 センサ素子用接続端子の構成を表す説明図で
ある。

【図３】 ヒータ素子用接続端子の構成を表す説明図で
ある。

【図４】 ヒータ素子用接続端子の他の構成例を表す説
明図である。

【符号の説明】

Ｓ…センサ素子、３…センサ素子本体、５…内側電極、
７…外側電極、９，１０…センサ素子用接続端子、１
１，５０，５１…ヒータ素子用接続端子、９ａ…把持
部、９ｂ，１０ａ，５０ａ，５１ａ…嵌合部、９ｃ，１
０ｂ，１１ｂ，５０ｂ，５１ｂ…圧着部、９ｄ，１０
ｃ，１１ｃ，５０ｃ，５１ｃ…溶接部、９ｅ，９ｆ，１
０ｄ，１０ｅ，１１ｄ，１１ｆ…プレート部、９ｇ，９
ｈ，１０ｆ，１０ｇ，１１ｅ…リード部、１３〜１６…
リード線、１７…セラミックヒータ、１８，１００，１
０１…ヒータ電極。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素濃度を検出するセンサ素子と、一端
   が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検出信
   号出力用のリード線に圧着されることにより、該リード
   線と前記センサ素子とを接続する導電性の接続端子と、 を備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の
   酸素濃度を検出する酸素センサであって、 前記接続端子の前記センサ素子側の嵌合部と前記リード
   線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が大きく圧着部の硬度
   が小さくなるよう、硬度の異なる導電材料にて形成して
   なることを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】 酸素濃度を検出するセンサ素子と、 一端が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検
   出信号出力用のリード線に圧着されることにより、該リ
   ード線と前記センサ素子とを接続する導電性のセンサ素
   子用接続端子と、 前記センサ素子を加熱し、活性化させるヒータ素子と、 一端が前記ヒータ素子の電極部分に嵌合され、他端がヒ
   ータ素子通電用のリード線に圧着されることにより、該
   リード線と前記ヒータ素子とを接続する導電性のヒータ
   素子用接続端子と、 を備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の
   酸素濃度を検出する酸素センサであって、 前記各接続端子の前記センサ素子又はヒータ素子側の嵌
   合部と、前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が
   大きく圧着部の硬度が小さくなるよう、硬度の異なる導
   電材料にて形成してなることを特徴とする酸素センサ。
3. 【請求項３】 前記接続端子の嵌合部は、加熱により硬
   化する時効硬化材からなることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の記載の酸素センサ。
4. 【請求項４】 前記接続端子の嵌合部と圧着部とは、圧
   着によって接続されることを特徴とする請求項１又は請
   求項２記載の酸素センサ。
5. 【請求項５】 前記接続端子の嵌合部と圧着部とは、溶
   着によって接続されることを特徴とする請求項１又は請
   求項２記載の酸素センサ。
6. 【請求項６】 酸素濃度を検出するセンサ素子と、 一端が前記センサ素子の電極部分に嵌合され、他端が検
   出信号出力用のリード線に圧着されることにより、該リ
   ード線と前記センサ素子とを接続する導電性のセンサ素
   子用接続端子と、 前記センサ素子を加熱し、活性化させるヒータ素子と、 一端が前記ヒータ素子の電極部分にろう付けされ、他端
   がヒータ素子通電用のリード線に圧着されることによ
   り、該リード線と前記ヒータ素子とを接続する導電性の
   ヒータ素子用接続端子と、 を備え、燃焼機器の排気管に取り付けられて、排気中の
   酸素濃度を検出する酸素センサであって、 前記センサ素子用接続端子の前記センサ素子側の嵌合部
   と前記リード線側の圧着部とを、嵌合部の硬度が大きく
   圧着部の硬度が小さくなるよう、硬度の異なる導電材料
   にて形成し、 前記ヒータ素子用接続端子の前記ヒータ素子側のろう付
   け部と前記リード線側の圧着部とを、ろう付け部の熱膨
   張率が小さく圧着部の熱膨張率が大きく、かつ、ろう付
   け部の硬度が小さく圧着部の硬度が大きくなるよう、熱
   膨張率と硬度の異なる導電材料にて形成してなることを
   特徴とする酸素センサ。
7. 【請求項７】 前記ヒータ素子用接続端子のろう付け部
   と圧着部とは、圧着によって接続されることを特徴とす
   る請求項６記載の酸素センサ。
8. 【請求項８】 前記ヒータ素子用接続端子のろう付け部
   と圧着部とは、溶着によって接続されることを特徴とす
   る請求項６記載の酸素センサ。
9. 【請求項９】 前記センサ素子は、一端が閉塞し他端が
   開口した有底筒状の固体電解質の内外表面に多孔質電極
   を形成することにより構成され、 前記センサ素子用接続端子は、 前記センサ素子の中空部に内嵌されて、前記センサ素子
   の内側表面に形成された多孔質電極とリード線とを接続
   する第１接続端子と、 前記センサ素子の周囲に外嵌されて、前記センサ素子の
   外側表面に形成された多孔質電極とリード線とを接続す
   る第２接続端子と、 からなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請
   求項６記載の酸素センサ。