ガスセンサの製造方法
【課題】腕部を栓部材の溝部内に配置させるにあたり、保持部又は被覆部がフィルタ部材に接触することを抑制することができるガスセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】保持工程にて、取付治具に外筒3を保持させる。このとき、保持部が外筒3の腕部33よりも取付方向の前方側に配置しているため、配置工程にて外筒3が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具がグロメット9に接触させることができる。そして、ずらし工程にて、腕部33をグロメット9の溝部93内に配置する際、保護部34とフィルタ部材87を離間させて配置することで、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【解決手段】保持工程にて、取付治具に外筒3を保持させる。このとき、保持部が外筒3の腕部33よりも取付方向の前方側に配置しているため、配置工程にて外筒3が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具がグロメット9に接触させることができる。そして、ずらし工程にて、腕部33をグロメット9の溝部93内に配置する際、保護部34とフィルタ部材87を離間させて配置することで、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被測定ガスを測定する検出素子を主体金具や外筒の内部に保持しつつ、その外筒の内部と外部との通気性を確保するための通気構造を有するガスセンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分(例えば酸素など)の濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、酸素濃度を検出する酸素センサの検出素子は、排気ガス中に晒される検出電極と、基準ガス(通常は大気)中に晒される基準電極とが一対となって固体電解質体を挟むようにその表面上に形成されている。この検出素子は、固体電解質体に隔てられた2つの雰囲気間、すなわち排気ガスと基準ガスとの間における酸素分圧の差に応じて排気ガス中の酸素濃度の検出を行うものである。
【0003】
このような酸素センサは、検出素子を保持するための主体金具や、検出素子の周囲を覆う外筒を有しており、さらに外筒の後端側には、外筒内を閉塞するための栓部材(グロメット)が組み付けられている。そして、この栓部材には、リード線(センサ出力リード線およびヒータリード線)を挿通させるリード線挿通孔の他に、外筒の内部と外部との間の通気性を確保して検出素子の基準電極側に基準ガスを導入するための大気連通孔(貫通孔)が設けられている。さらに、栓部材の大気連通孔には、外筒内に大気を導入しつつ(通気性)、水滴等を進入させない(防水性)ためのフィルタ部材が設けられている。
【0004】
さらに、特許文献1や特許文献2のように、栓部材の大気連通孔を外筒の後方側(外部側)から覆いフィルタ部材を保護する保護部材が設けられているガスセンサも知られている。保護部材を設けることにより、フィルタ部材が外部に直接露出されることを防止でき、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃をフィルタ部材が受けてフィルタ部材に破損が生じることを防止している。この保護部材は、大気連通孔よりも小さい開口を有した通気部(保護部)や、フィルタ部材が視認できないようにフィルタ部材を覆うとともに、栓部材との間隙から大気連通孔に通気する被覆部が、腕部を介して外筒に結合された構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−292459号公報
【特許文献2】特開2008−292460号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、特許文献1や特許文献2のような保護部材を用いずに、外筒に、直接、保護部や被覆部、腕部を設けたガスセンサが検討されている。具体的には、外筒の後端側に腕部を接続すると共に、この腕部に接続するように保護部や被覆部が設けられている。このように、外筒と保護部や被覆部、腕部とを一部材で形成することで、部品点数が減るといったメリットがある。
【0007】
ところで、保護部や被覆部、腕部と一部材で構成された外筒を栓部材に組み付ける際、外筒の腕部を栓部材に設けられた溝部内に配置している。この溝部は、もともと栓部材が外部から被水したときに、水捌けを補助し、大気連通孔の通気性能を低下させないために設けられているが、この溝部内に腕部を配置することで、外筒が栓部材に対して周方向に回転することを防止できる。よって、外筒と栓部材との組み付け時に、栓部材のリード線挿通孔から取り出されたリード線が外筒に接触して損傷することを防止できる。
【0008】
しかしながら、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置した場合、保護部又は被覆部が栓部材に組み付けられたフィルタ部材に接触してしまい、フィルタ部材に破損が生じるおそれがある。この原因としては、大気連通孔内にフィルタ部材を配置することで、大気連通孔とフィルタ部材とで形成された窪みに水が溜まって大気連通孔の通気性能が低下することを防止するために、フィルタ部材を栓部材に組み付けた際に、フィルタ部材を栓部材の溝部よりも後方側に露出させた形態で配置することがあるからである。
【0009】
これに対し、保護部や被覆部とフィルタ部材とを離間しつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置することで、フィルタ部材が損傷することを防止できるが、従来の外筒と栓部材との組付け方法では、保護部や保護部とフィルタ部材とを離間させて配置することが困難であった。
【0010】
従来の外筒と栓部材との組付け方法は、リード線と電極(検知電極や基準電極)等とを接続する複数の接続端子と複数のリード線とを接合した後、接続端子をセパレータ内に収容すると共に、リード線をセパレータ及び栓部材のリード線挿通孔に挿通する。セパレータは栓部材よりもガスセンサの先端側に配置されており、複数の接続端子同士の接触を防止するためのものである。
【0011】
そして、リード線は、外筒の後端側に設けられた腕部や保護部、被覆部と非接触の状態で外筒に挿通され、その後、外筒がセパレータや栓部材の周囲を覆うようにして栓部材の後端側から嵌められる。このとき、セパレータ、栓部材、外筒がそれぞれ独立して配置されるため(他の部材に対して軸線方向の移動が規制されていないため)、まず始めに、外筒の腕部が栓部材の溝部の底面に当接するまで移動してしまうことになる。つまり、外筒の腕部が栓部材の溝部の底面に接触することで、栓部材に対して外筒の先端側への移動の規制となる。よって、この方法では、通気部や保護部とフィルタ部材とを離間しつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置することが困難である。
【0012】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、腕部を栓部材の溝部内に配置させるにあたり、保持部又は被覆部がフィルタ部材に接触することを抑制することができるガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサの製造方法において、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部、または前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該保護部または前記被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒と一部材にて形成されてなり、
前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に係合したときに、前記外筒の前記腕部よりも前記取付方向の前方側に配置される、前記外筒に着脱可能な保持部と、前記リード線をそれぞれ延伸方向にスライド可能に保持すると共に、前記リード線を前記外筒に対して位置決めするリード線保持部と、を有する取付治具を準備し、
前記取付治具に前記外筒を保持させる保持工程と、前記リード線を前記取付治具の前記リード線保持部に保持させるリード線保持工程と、前記リード線の延伸方向に沿って、前記外筒と一体となった前記取付治具をスライドさせて、前記取付治具の前記保持部と前記栓部材とを接触させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の後方側に配置する配置工程と、前記外筒を前記栓部材の取付方向に押圧し、前記保護部または前記被覆部と前記フィルタ部材を離間させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の前記溝部内に配置するずらし工程と、を有することを特徴とする。
【0014】
このように、保持部及びリード線保持部を有する取付治具を準備し、保持工程にて、取付治具に外筒を保持する。このとき、保持部は、外筒の腕部よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒を栓部材に外嵌すると、まず始めに、取付治具の保持部が栓部材に接触することで、栓部材に対して外筒及び取付治具の先端側への移動を規制できる。これにより、外筒の腕部を栓部材の溝部の底面に当接するまで移動することがない。そして、ずらし工程にて、保護部または被覆部とフィルタ部材を離間させつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置するように外筒を押圧する。これにより、フィルタ部材を栓部材に組付けた際に、フィルタ部材を溝部よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒を栓部材に外嵌する際に、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することを抑制でき、フィルタ部材に破損が生じることを抑制できる。
【0015】
また、本発明のガスセンサの製造方法は、前記栓部材よりも先端側に配置され、前記リード線と接続する接続端子を内包する筒状のセパレータを有し、該セパレータには、径方向外側に突出するフランジ部を備え、前記ずらし工程では、前記栓部材を前記セパレータに当接させた後、前記外筒を前記フランジ部に当接させることが好ましい。これにより、外筒及び栓部材の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータにより達成できる。具体的には、栓部材の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータに当接することで達成し、外筒の軸線方向先端側への移動の規制をフランジ部に当接することで達成できる。よって、ずらし工程時に外筒を栓部材に組付ける際に、セパレータの形状のみで、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することなく、外筒の腕部が栓部材の溝部内に確実に配置することができる。
なお、セパレータの形状は、フランジ部と外筒との腕部との軸線方向距離(具体的には、フランジ部と外筒との接触位置から外筒の腕部までの軸線方向距離)と、セパレータの後端面と栓部材の溝部の底面との軸線方向距離とを、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することなく、外筒の腕部が栓部材の溝部内に確実に配置することができるように、適宜設定すればよい。
【0016】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、前記保持部は、前記腕部を挟持することで、前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に前記取付治具を係合することを特徴とすることが好ましい。これにより、取付治具により外筒を容易に保持できると共に、取付治具を外筒に係合した際に、外筒の腕部よりも保持部を取付方向の前方側に配置することが容易に達成できる。
【0017】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、前記栓部材が、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部が、前記凸部に当接することが好ましい。このように、栓部材に凸部を設けることで、腕部と溝部の底面との接触をさらに防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1の実施形態のガスセンサ1の構造を示す縦断面図である。
【図2】組み付け前のグロメット9の斜視図である。
【図3】ガスセンサ1を軸線O方向後端側(図1における上側)から見た図である。
【図4】組み付け前の外筒3の斜視図である。
【図5】取付治具400の斜視図である。
【図6】取付治具400を取付方向の前方から(図5における矢印C方向に)見た図である。
【図7】取付治具400を取付方向の後方から(図5における矢印D方向に)見た図である。
【図8】図5(または図6)の2点鎖線で示す屈曲線E−Eにおいて矢視方向から見た取付治具400の屈曲断面図である。
【図9】保持工程を示す図である。
【図10】リード線保持工程を示す図である。
【図11】配置工程を示す図である。
【図12】ずらし工程を示す図である。
【図13】変形例としてのガスセンサ201の要部縦断面図である。
【図14】ガスセンサ201を軸線O方向後端側(図13における上側)から見た図である。
【図15】変形例としてのガスセンサ700の構造を示す縦断面図である。
【図16】変形例としての外筒510の後端部の形状を示す斜視図である。
【図17】変形例としての外筒520の後端部の形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、第1の実施形態として、ガスセンサ1を例に、その構造について図1〜図4を参照して説明する。なお、図1に示すガスセンサ1は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管(図示外)に取り付けられて使用されるものである。以下では、ガスセンサ1の軸線O方向において、排気管内に挿入される検出素子6の先端に向かう側(閉じている側であり図中下側)を先端側とし、これと反対方向に向かう側(図中上側)を後端側として説明するものとする。
【0020】
図1に示すガスセンサ1は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の濃度を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子6を主体金具5や外筒3、プロテクタ4内に保持した構造を有する。ガスセンサ1からは、この検出素子6の出力する信号を取り出したり、検出素子6に併設されるヒータ7への通電を行ったりするためのリード線18が引き出されている。各リード線18は、ガスセンサ1とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置(ECU)に電気的に接続されている。
【0021】
ガスセンサ1の検出素子6は、ジルコニアからなる固体電解質体61を有底筒状に形成したものであり、固体電解質体61の内面には、PtまたはPt合金からなる基準電極62がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体61の外面にも、基準電極62と同様に、PtまたはPt合金からなる検出電極63が多孔質状に形成されている。検出素子6の先端側(閉じている側)は検出部64として構成され、外面の検出電極63が排気管(図示外)内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないが、この検出電極63は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子6の軸線O方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部65が設けられている。そして、検出素子6の筒孔内には、固体電解質体61を加熱して活性化させるための棒状のヒータ7が挿入されている。
【0022】
検出素子6は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具5に取り囲まれた状態で、その主体金具5の筒孔55内に保持されている。主体金具5はSUS430等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部(図示外)に螺合する雄ねじ部52が形成されている。雄ねじ部52よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ4が係合される先端係合部56が形成されている。検出素子6の検出部64は、この先端係合部56よりも先端側に突出している。
【0023】
主体金具5の雄ねじ部52の後端側には径方向に拡径された工具係合部53が形成されており、ガスセンサ1を排気管の取付部(図示外)に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部53と雄ねじ部52との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット11が嵌挿されている。そして主体金具5の後端側には、自身の筒孔55内で保持する検出素子6を加締め固定するための加締部57が設けられている。検出素子6の後端部66は、この加締部57よりも後端側に突出している。そして、工具係合部53と加締部57との間には、その外周に、後述する外筒3の先端部31が係合される後端係合部58が形成されている。
【0024】
次に、主体金具5の筒孔55内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部59が設けられており、この段部59に、金属製のパッキン12を介し、アルミナからなる筒状の支持部材13が係止されている。支持部材13の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン14を介し、検出素子6のフランジ部65が支持部材13により支持されている。さらに筒孔55内には、支持部材13の後端側に滑石粉末からなる充填部材15が充填され、その充填部材15を支持部材13との間で挟むように、充填部材15の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ16が配置されている。
【0025】
スリーブ16の後端側には環状のリング17が配置されており、主体金具5の加締部57を径方向内側に加締めることで、リング17を介し、スリーブ16が充填部材15に対して押しつけられている。この加締部57の加締めを通じ、充填部材15が、主体金具5の段部59に係止された支持部材13に向けて検出素子6のフランジ部65を押圧するよう主体金具5の筒孔55内に圧縮充填されると供に、筒孔55の内周面と検出素子6の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このように、検出素子6は、主体金具5の加締部57と段部59との間において挟持された各部材を介し、主体金具5の筒孔55内で保持されている。
【0026】
次に、主体金具5の先端係合部56には、その先端係合部56から軸線O方向の先端側に向け突出された検出素子6の検出部64を覆うプロテクタ4が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ4は、ガスセンサ1が排気管(図示外)に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子6の検出部64を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ4は、有底筒状をなし、開放された側の周縁部が先端係合部56に接合される外側プロテクタ41と、その外側プロテクタ41の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ45とからなる2重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の外周壁には内部に排気ガスを導入し、検出素子6の検出部64へと導くための導入口42がそれぞれ開口されている(内側プロテクタ45のガス導入口は図示せず。)。また、外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の底壁には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口43,48がそれぞれ開口されている。
【0027】
また、検出素子6の後端部66よりも軸線O方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ8が配置されている。セパレータ8は、4つの接続端子19(図1ではそのうちの3つの接続端子19を示している。)をそれぞれ独立に収容する収容部82を有する。収容部82はセパレータ8を軸線O方向に貫通しており、セパレータ8の先端側と後端側との間において通気可能に構成されている。各接続端子19は、検出素子6の基準電極62、検出電極63、およびヒータ7の有する発熱抵抗体に通電するため後端側にて露出された一対の電極71(図1ではそのうちの一方の電極71を示している。)に、それぞれ電気的に接続されるものである。セパレータ8は、各接続端子19を分離した状態で収容し、接続端子19同士の接触を防止している。各接続端子19には4本のリード線18の芯線がそれぞれ加締め接合されており(図1ではそのうちの2本のリード線18を示している。)、各リード線18は、後述するグロメット9を介してガスセンサ1の外部に引き出されている。また、セパレータ8の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部81が設けられており、そのフランジ部81よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具85が嵌挿されている。
【0028】
また、セパレータ8の後端側には、フッ素系ゴムからなるグロメット9が配置されている。図2に示すように、グロメット9は、軸線O方向を高さ方向とする略円柱状に形成された部材であり、軸線O方向に貫通する大気連通孔91および4つのリード線挿通孔92を有する。大気連通孔91は、グロメット9の径方向中央に形成され、リード線挿通孔92は、大気連通孔91よりも外周側にて大気連通孔91を取り巻くように、周方向に等間隔となる位置にそれぞれ形成されている。大気連通孔91は、図1に示すように、さらにセパレータ8の収容部82を介して、ガスセンサ1内(後述する外筒3内)に大気を導入するために設けられたものである。外筒3内では、検出素子6が、後端部66を突き出した形態で主体金具5に保持されているが、その検出素子6の有底筒内に形成された基準電極62が、大気に晒されるように構成されている。そして図3に示すように、4つのリード線挿通孔92には、前述した4本のリード線18が、それぞれ独立に挿通される。なお、グロメット9が特許請求の範囲における「栓部材」に相当する。
【0029】
また、図2,図3に示すように、グロメット9がガスセンサ1へ組み付けられた際に後端側を向く後端向き面99には、大気連通孔91の形成位置を起点とし、外周側へ向けて径方向に沿って溝状に延びる4つの溝部93が形成されている。この溝部93は、グロメット9の先端側に向かって切り欠いており、底面94及び底面94と後端向き面99とを接続する2つの側面95にて形成されている。各溝部93は、後端向き面99上に開口する4つのリード線挿通孔92の位置を避けるように、それぞれ隣り合う2つのリード線挿通孔92間を通して配置されている。よって、後端向き面99は、溝部93によって4つの区画に分割されている。
【0030】
図1に示すように、グロメット9の大気連通孔91内には、フィルタ部材87およびその留め金具88が挿入されている。フィルタ部材87は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から形成されたミクロンサイズの網目構造を有する薄膜状のフィルタであり、水滴等は通さず大気は連通可能に構成されたものである。また、留め金具88は筒状に形成された部材であり、自身の外周と大気連通孔91の内周との間にフィルタ部材87を挟み、グロメット9に固定する。上記したグロメット9の溝部93は、フィルタ部材87を通過できなかった水滴等がフィルタ部材87上で溜まらないように、外周側へ導く流路を形成するものである。そのため、フィルタ部材87の後端が溝部93の底面94よりも後端側に配置されていることが好ましい。なお、溝部93は、径方向外側から中央側へ向かうにつれ軸線O方向先端側から後端側へ向かう、傾斜を有していてもよい。
【0031】
次に、主体金具5の後端側には、軸線O方向に延びる筒状の外筒3が組み付けられている。図4に示すように、外筒3は、SUS304等のステンレス鋼を軸線O方向に沿って延びる筒状に形成し、さらに略中央より先端側(図4において下側)に位置する先端部31を大径に形成したものである。先端部31の内径は、先端部31を主体金具5の後端係合部58(図1参照)に係合させるため、後端係合部58の外径より大きく形成されている。また、図3,図4に示すように、外筒3の後端側に位置する後端部38の後端は径方向内向きに折り曲げられて連結部32を形成しており、連結部32の周方向の4箇所から、軸線Oへ向けて延びる板状をなす4本の腕部33が突出されている。
【0032】
そして、各腕部33は、円形板状の保護部34の外周にそれぞれ接続されている。保護部34は、図2に示す、グロメット9の大気連通孔91とほぼ同じ大きさの外径を有し、図1,図3に示すように、厚み方向を軸線O方向に合わせ、大気連通孔91に蓋をする配置となるように、腕部33に支えられている。また、図4に示すように、保護部34には後端側に向かって突出する突出部35が設けられている。この突出部35に設けられた開口は、大気連通孔91の開口(大きさ)よりも小さく形成(図1参照)されており、大気連通孔91内への飛石等の進入が防止されている。そして、突出部35の開口を通じ、外部と大気連通孔91内との通気(つまり外筒3の内部と外部との通気)が確保されている。このように保護部34を設けることで、大気連通孔91内に配置されたフィルタ部材87を、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃から保護し、破損を防止することができる。なお、突出部35は、グロメット9の後端向き面99よりも先端側に配置されている(つまり、突出部35は、グロメット9内に配置されている)。これにより、リード線18が突出部35に接触し、損傷することを防止できる。
【0033】
このような構造を有する外筒3は、図1に示すように、軸線O方向に連ねて配置された検出素子6の後端部66、セパレータ8およびグロメット9の各側面を、周方向に取り囲んだ状態で、主体金具5の後端側に配置される。外筒3の先端部31は、主体金具5の後端係合部58の外周に嵌められ、外周側から径方向内向きに加締められる。さらに先端部31の外周を一周してレーザ溶接が施されることで、外筒3が主体金具5に固定されている。
【0034】
また、セパレータ8のフランジ部81よりも先端側の部分の位置に対応する外筒3の側面は、外周を一周して径方向内向きに加締められている。この位置には保持金具85が配置されており、保持金具85は、自身の内部にセパレータ8を保持した状態で、外筒3内に加締め保持される。また、セパレータ8のフランジ部81よりも後端側の部分の位置に対応する外筒3の側面も、周方向の複数箇所において、径方向内向きに加締められている。この部分の加締めはフランジ部81の後端に接する位置に行われ、この加締め部分と保持金具85とでフランジ部81が挟まれて、セパレータ8の軸線O方向への移動が規制されている。
【0035】
さらに、図1に示すように、セパレータ8の後端側に配置されるグロメット9が、外筒3の後端部38内に配置されるとともに、4区画に分割されたグロメット9の後端向き面99は、4本の腕部33間を抜けて、外筒3から後端側に突出し、腕部33は図3に示すように、溝部93内に配置される。この際、図1に示すように、腕部33を溝部93の底面94と間隙T1を設けて配置している。これにより、グロメット9が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ1の後端側に膨らんだとしても、グロメット9の溝部93が腕部33に引っかかることが無い。その結果、グロメット9における溝部93と他の部位(例えば、後端向き面99を形成する4箇所の部位)との膨張割合に差が生じにくく、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0036】
次に、ガスセンサ1の製造方法の一例を、以下の手順に説明する。
まず、ガスセンサ1製造する際に用いられる取付治具400の構造について、図5〜図8を参照して説明する。図5は、取付治具400の斜視図である。図6は、取付治具400を取付方向の前方から(図5における矢印C方向に)見た図である。図7は、取付治具400を取付方向の後方から(図5における矢印D方向に)見た図である。図8は、図5(または図6)の2点鎖線で示す屈曲線E−Eにおいて矢視方向から見た取付治具400の屈曲断面図である。
【0037】
図5に示す取付治具400は、ガスセンサ1(図1参照)を組み立てる際に、外筒3を配置するための治具であり、例えばニトリルゴム(NBR)から作製され、取付方向に沿った中心軸P(図中1点鎖線で示す。)を有する円柱形状をなしている。図5〜図8に示すように、取付治具400は、取付方向の後方側にて拡径され段状をなす基部420を有し、その基部420から取付方向前方側へ向けて突出するように、保持部410が形成されている。この保持部410は、外筒3を取付治具400自身と一体に保持するための部位であり、具体的に、外筒3の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙(図4参照)に挿入可能な突出部411が、周方向に4つ並んで配置された構成をなす。外筒3を保持する際には、中心軸Pの周方向にて隣り合う2つの突出部411の側面412間に、腕部33がそれぞれ挿入される。
【0038】
また、各突出部411の中心軸P側を向く内面413は、中心軸Pを囲み保護部34が挿入される通路を形成する。その際に保護部34が負荷を受けるように、通路の内径は保護部34の外周の大きさよりもやや小さく形成されている。そして図8に示すように、保持部410の基部420側の根元付近において、内面413の形成する通路は拡径されており、保護部34がこの位置に移動すれば、保護部34は各内面413より受ける負荷から解放される。このとき、保護部34と基部420との接触を防止するため、基部420には、突出部411の内面413が形成する通路に連続する凹部状の収容部421が形成されている。さらに突出部411の外面414は、外筒3の後端部38との間に間隙を有する位置に形成されている。ところで、保持部410の突出部411はそれぞれ基部420から突出する形態であるが、後述するガスセンサ1の製造過程において、外筒保持部410の取付方向の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接した際、外筒3がグロメット9の溝部93の底面94に当接しないように、突出部411の基部420からの突出長さが調整されている。つまり、取付治具400に外筒3を保持した際に、突出部411の先端面415は、少なくとも腕部33の位置よりも、取付方向前方に配置される。
【0039】
また、図5〜図8に示すように、取付治具400の外周面には、中心軸Pに沿って保持部410の取付方向先端面から基部420の取付方向後端面へ貫く溝状をなす4本のリード線保持部430が形成されている。リード線保持部430は、保持部410の中心軸Pに対する各突出部411の断面において中央の位置に設けられた、円形状の断面を有する底部壁面431と、底部壁面431の内径(断面の直径)より細幅にて対向する側部壁面432とから構成される。底部壁面431の内径はガスセンサ1のリード線18(図1参照)の外径と略同径に形成されている。このリード線保持部430にリード線18が挿入された際に、リード線18は底部壁面431内に配置されるが、側部壁面432がリード線18の外径よりも細幅となるのでリード線18の抜け防止として機能する。また、外筒保持部410の取付方向の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接した際に、グロメット9のリード線挿通孔92と取付治具400の底部壁面431とが連結されるように、中心軸Pと直交する断面における4つの底部壁面431の中心軸Pに対する配置関係が、グロメット9の軸線Oと直交する断面における4つのリード線挿通孔92の軸線Oに対する配置関係と略一致するように構成されている。また、基部420の外径は、各突出部411の外面414の外径よりも大きく形成されている。このため、基部420におけるリード線保持部430の溝の深さは保持部410における溝の深さよりも深く、側部壁面432によるリード線18の抜け防止は、基部420側にて、より確実になされる。
【0040】
次に、この取付治具400を用い、ガスセンサ1を製造する方法について、図9〜図12を参照して説明する。図9は、保持工程を示す図である。図10は、リード線保持工程を示す図である。図11は、配置工程を示す図である。図12は、ずらし工程を示す図である。なお、図9〜図12のガスセンサ1や取付治具400の断面図は、図3において点線で示す屈曲線Zにて矢視方向からみた場合を例にして示したものである。以下では外筒3をグロメット9に取り付ける過程を中心に説明するが、ガスセンサ1のその他の部位の製造過程については公知であるため省略あるいは簡略化して説明する。
【0041】
図1に示す、ガスセンサ1の主体金具5は、SUS430等のステンレス鋼からなる棒状の鋼材に鍛造加工を施し、次いで切削加工を施して、工具係合部53や後端係合部58、雄ねじ部52、筒孔55等の形状を成形した後、雄ねじ部52にねじ山を転造して作製される。また、検出素子6は、有底筒状に形成した固体電解質体61の表面上に、例えばメッキにより基準電極62や検出電極63を形成し、さらに検出電極63の表面上を覆って電極保護層を形成してから焼成することにより、作製される。そして、別過程で作製したプロテクタ4を溶接により主体金具5に接合し、その主体金具5の筒孔55内に検出素子6を加締め保持することにより、ガスセンサ1の先端側の組立中間体が作製される。
【0042】
一方、導電性の板材から作製した4つの接続端子19のそれぞれにリード線18の芯線を加締めて接合し、そのうちの2つの接続端子19をヒータ7の電極71に接続する。これら接続端子19とヒータ7をセパレータ8内に収容すると共に、リード線18をセパレータ8及びグロメット9に挿通する。
【0043】
[保持工程]
次に、図9に示すように、グロメット9のリード線挿通孔92から引き出された4本のリード線18を、外筒3の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙(図4参照)のそれぞれに、腕部33や保護部34には接触しないように挿通させる。この状態で取付治具400の取付方向前方側を外筒3に向け、中心軸Pを外筒3の軸線Oに揃え、外筒の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙のそれぞれに、保持部410の各突出部411を挿入する。つまり、中心軸Pに対する周方向にて隣り合う各突出部411の側面412間に、腕部33を通し、4つの突出部411の中心軸P側を向くそれぞれの内面413間に、保護部34を配置させる。これにより、取付治具400と外筒3とが互いに位置決めされる。そして、取付治具400をそのまま軸線Oに沿って取付方向に移動させ、外筒3の保護部34を取付治具400の収容部421内に収容すると、内面413が保護部34の抜け防止として機能し(図10参照)、外筒3は取付治具400に一体に保持される。
【0044】
[リード線保持工程]
次に、図10に示すように、4本のリード線18を、それぞれが配置されている間隙に挿入された取付治具400の突出部411に設けられているリード線保持部430の側部壁面432間に挿入し、底部壁面431に配置する。各リード線18は、自身の外径より細幅の側部壁面432が抜け防止として機能し、それぞれが配置された底部壁面431内にて保持される。従って、リード線18は、突出部411に周囲を囲われて、外筒3の保護部34、腕部33および後端部38との接触から保護される。
【0045】
[配置工程]
前述したように、取付治具400はNBRからなるため、リード線保持部430の底部壁面431でリード線18を保持しつつも、リード線18に対し滑り性を有する。図11に示すように、取付治具400に一体に保持された外筒3をリード線18の延伸方向にスライド移動させると、取付治具400および外筒3はリード線18に案内されて、グロメット9の後端側に達する。取付治具400によって外筒3とリード線18とが接触しないように互いの位置関係が位置決めされるので、このスライド移動の際に外筒3でリード線18を擦ったり損傷させたりする虞がない。
【0046】
取付治具400および外筒3がグロメット9の後端側に達したとき、突出部411の基部420からの突出長さの規定に従い、外筒3の腕部33がグロメット9の溝部93の底面94に接触するよりも先に、取付治具400の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接する。このとき、リード線18に案内されて、取付治具400のリード線保持部430の底部壁面431がグロメット9のリード線挿通孔92に連結する配置となる。これにより、グロメット9に対し取付治具400が位置決めされるため、各突出部411の側面412間は、グロメット9の各溝部93に連結する配置となり、内面413の形成する通路は、グロメット9の大気連通孔91に連結する配置となる。
【0047】
[ずらし工程]
そして図12に示すように、外筒3を軸線Oに沿って取付方向に押圧する。外筒3の保護部34は、取付治具400の突出部411の内面413に案内されて、グロメット9の大気連通孔91へ向かい、腕部33は、各突出部411の側面412間に案内されて、グロメット9の各溝部93へ向かう。そして、腕部33は、それぞれグロメット9の溝部93内に収容され、保護部34は、フィルタ部材87の後端側にて大気連通孔91の内周を軸線O方向に延ばした領域に配置されて、大気連通孔91を塞ぐ。このとき、セパレータ8にグロメット9が当接すると共に、セパレータ8のフランジ部81に外筒3が当接することで、腕部33が溝部93の底面94に当接することなく、腕部33は、溝部93の底面94と間隙Sを設けて配置されることとなる。なお、間隙Sは間隙T1よりも大きな距離を有している。これは、後工程にあるグロメット9が外筒3により加締め固定されることで、グロメット9が後端側に膨らむことを考慮している。
【0048】
その後の製造過程で取付治具400が取り除かれ、外筒3とセパレータ8との間に保持金具85が挿入されて、外筒3を加締めることで外筒3にセパレータ8が保持される。さらに、外筒3の後端部38を加締め、グロメット9を外筒3に固定すると共に、外筒3の先端部31を主体金具5の後端係合部58に係合し、先端部31の周囲を加締めると共に、レーザ溶接を施して、ガスセンサ1が完成する。
【0049】
このように、保持工程にて、取付治具400に外筒3を保持させたとき、保持部410が外筒3の腕部33よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒3が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具400がグロメット9に接触させることができる。そして、腕部33や保護部34をそれぞれ溝部93や大気連通孔91に案内する経路を形成した上で、ずらし工程にて外筒3がグロメット9へ係合される。このとき、保護部34とフィルタ部材87を離間させつつ、外筒3の腕部33をグロメット9の溝部93内に配置するように外筒3を押圧する。これにより、フィルタ部材87をグロメット9に組付けた際に、フィルタ部材87を溝部93よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒3をグロメット9に外嵌する際に、外筒3の保護部34がグロメット9に接触することを抑制でき、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【0050】
また、腕部33が溝部93の底面94を押圧しながらセパレータ8とグロメット9と外筒3とを組み付けることがないので、グロメット9の溝部93が腕部33により収縮し、グロメット9における溝部93と他の部位(例えば、後端向き面99を形成する4箇所の部位)との収縮割合に差が生じ、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0051】
さらに、ずらし工程にてグロメット9をセパレータ8に当接させた後、外筒3をセパレータ8のフランジ部81に当接させることで、外筒3及びグロメット9の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータ8により達成できる。よって、ずらし工程時に外筒3をグロメット9に組付ける際に、セパレータ8の形状のみで、外筒3の保護部34がフィルタ部材87に接触することなく、外筒3の腕部33がグロメット9の溝部93内に確実に配置することができる。
【0052】
さらに、保持部410が腕部33を挟持することで、取付治具400により外筒3が容易に保持できると共に、取付治具400に外筒3を保持した際に、外筒3の腕部33よりも保持部410を取付方向の前方側に配置することが容易に達成できる。
【0053】
尚、上記実施形態に示される構成は例示であり、各種の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第1の実施形態では、外筒3に保護部34を設けたがこれに限らず、例えば、図13、図14以下に説明するような、外筒203に被覆部234を設けた変形例1のガスセンサ201でも良い。なお、変形例1のガスセンサ201を構成する部品のうち、外筒203以外の部品はガスセンサ1のものと同一のものが用いられている。したがって、ここでは外筒203の形態について説明し、その他の部位については説明を省略もしくは簡略化する。
【0054】
図13示すように、ガスセンサ201の外筒203は、第1の実施形態と同様、SUS304等のステンレス鋼を有底筒状に形成し、底部分を切り抜いて、腕部233および被覆部234を形成したものである。図17,図18に示すように、被覆部234は、グロメット9の大気連通孔91とほぼ同じ大きさの外径を有する円形板状をなし、グロメット9の外周を取り囲む後端部238の開口端232から径方向内向きに延びる2本の腕部233に支えられている。そして被覆部234には、開口が設けられていない。
【0055】
このような構成のガスセンサ201において、被覆部234は、大気連通孔91に蓋をするように配置される。このため、図14に示すように、ガスセンサ201を軸線Oに沿って後端側から見たとき、被覆部234に遮られ、フィルタ部材87を視認することができない。これにより、フィルタ部材87は草木との接触や飛石等の衝突などから保護され、外部からの衝撃による破損が防止される。
【0056】
そして2本の腕部233は、グロメット9の4つの溝部93のうち、2つの溝部93内に配置される。図13、図14に示すように、溝部93のうち、腕部233が配置されていない側の溝部93(ここでは便宜上、溝部293とする。)では、被覆部234と溝部293との間に大気連通孔91内へ通ずる間隙を生ずる。この間隙を介し、外部と大気連通孔91内との通気(つまり外筒203の内部と外部との通気)が確保されている。もちろん、腕部233が配置された側の溝部93においても、溝部93と被覆部234との間に間隙T3を有するので、この間隙を通じ、外部と大気連通孔91内との通気は可能である。
【0057】
さらに、腕部233を溝部93の底面94との間に間隙T3を設けて配置している。これにより、グロメット9が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ201の後端側に膨らんだとしても、グロメット0の溝部93が腕部233に引っかかることが無い。その結果、グロメット9における溝部93と他の部位との膨張割合に差が生じにくく、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0058】
このような、変形例1のガスセンサ201においても、第1の実施形態と同様の製造方法(保持工程、リード線保持工程、配置工程、ずらし工程)を行うことで、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、保持工程にて、取付治具400に外筒203を保持させたとき、保持部410が外筒203の腕部233よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒203が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具400がグロメット9に接触させることができる。そして、腕部233や被覆部234をそれぞれ溝部93や大気連通孔91に案内する経路を形成した上で、ずらし工程にて外筒203がグロメット9へ係合される。このとき、被覆部234とフィルタ部材87を離間させつつ、外筒203の腕部233をグロメット9の溝部93内に配置するように外筒203を押圧する。これにより、フィルタ部材87をグロメット9に組付けた際に、フィルタ部材87を溝部93よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒203をグロメット9に外嵌する際に、外筒203の被覆部234がグロメット9に接触することを抑制でき、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【0059】
また、第1の実施形態及び変形例1では、保護部34及び被覆部234支える腕部33、233の数を4本又は2本としたが、1本の腕部で保護部、もしくは被覆部を支えてもよい。もちろん、腕部は3本でも5本でも、それ以上の本数を設けてもよい。また、グロメット9の溝部93の数も、腕部の数に応じて増減させてもよいし、あるいは溝部93の数が腕部の本数よりも多くてもよい。
【0060】
また、第1の実施形態のガスセンサ1、及び変形例1の201において、グロメット9の溝部93に、以下のような凸部96を設けても良い。なお、以下の説明は、第1の実施形態のガスセンサ1の変形例として説明するが、変形例1のガスセンサ201についても同様に適用できる。
具体的には、図15に示すように、グロメット9の溝部93の底面94から後端側に向かって凸部96がそれぞれ1箇所設けられている。この凸部96は、外筒3の腕部33に当接し、腕部33と溝部93の底面94とが凸部96の軸線方向長さの距離を保つように設けられている。このように、グロメット9に凸部96を設けることで、腕部33と溝部93の底面94との接触をさらに防ぐことができる。
【0061】
また、第1の実施形態では、保護部34にそれぞれ突出部35を設けたが、孔の形状については各種変更が可能である。
例えば、図16に示す外筒510のように、保護部511に、大きな開口513を設け、その開口513に、ワイヤー材を網目状に組んで形成したメッシュ部材512を取り付けてもよい。メッシュ部材512によってフィルタ部材87を破損から保護しつつ、開口513を介した通気を確保することができる。
また、図17に示す外筒520のように、保護部521に、複数の孔522を設けてもよい。孔522を介した通気を確保しつつ、孔522の内径を適宜設定し、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃を防ぐことができる大きさとすれば、十分に、フィルタ部材87を破損から保護することができる。もちろん、孔522の数は適宜変更可能であり、孔数を増やすことで合計の開口面積を大きくすれば、通気部521において十分な通気性を確保することができる。
【0062】
また、第1の実施形態のガスセンサ1、及び変形例1のガスセンサ201では、検出素子6が有底筒状にて構成されていたが、これに限らず、板状の検出素子であっても良い。
【符号の説明】
【0063】
1、201・・・・・・・ガスセンサ
18・・・・・・・・・・リード線
3、203・・・・・・・外筒
33、233・・・・・・腕部
34・・・・・・・・・・保護部
35・・・・・・・・・・突出部
4・・・・・・・・・・・プロテクタ
5・・・・・・・・・・・主体金具
6・・・・・・・・・・・検出素子
8・・・・・・・・・・・セパレータ
81・・・・・・・・・・フランジ部
9・・・・・・・・・・・グロメット
91・・・・・・・・・・大気連通孔
92・・・・・・・・・・リード線挿通孔
93・・・・・・・・・・溝部
94・・・・・・・・・・底面
95・・・・・・・・・・側面
234・・・・・・・・・被覆部
400・・・・・・・・・取付部材
【技術分野】
【0001】
本発明は、被測定ガスを測定する検出素子を主体金具や外筒の内部に保持しつつ、その外筒の内部と外部との通気性を確保するための通気構造を有するガスセンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ジルコニア等のセラミックスからなる固体電解質体を用い、内燃機関の排出する排気ガス中の特定ガス成分(例えば酸素など)の濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、酸素濃度を検出する酸素センサの検出素子は、排気ガス中に晒される検出電極と、基準ガス(通常は大気)中に晒される基準電極とが一対となって固体電解質体を挟むようにその表面上に形成されている。この検出素子は、固体電解質体に隔てられた2つの雰囲気間、すなわち排気ガスと基準ガスとの間における酸素分圧の差に応じて排気ガス中の酸素濃度の検出を行うものである。
【0003】
このような酸素センサは、検出素子を保持するための主体金具や、検出素子の周囲を覆う外筒を有しており、さらに外筒の後端側には、外筒内を閉塞するための栓部材(グロメット)が組み付けられている。そして、この栓部材には、リード線(センサ出力リード線およびヒータリード線)を挿通させるリード線挿通孔の他に、外筒の内部と外部との間の通気性を確保して検出素子の基準電極側に基準ガスを導入するための大気連通孔(貫通孔)が設けられている。さらに、栓部材の大気連通孔には、外筒内に大気を導入しつつ(通気性)、水滴等を進入させない(防水性)ためのフィルタ部材が設けられている。
【0004】
さらに、特許文献1や特許文献2のように、栓部材の大気連通孔を外筒の後方側(外部側)から覆いフィルタ部材を保護する保護部材が設けられているガスセンサも知られている。保護部材を設けることにより、フィルタ部材が外部に直接露出されることを防止でき、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃をフィルタ部材が受けてフィルタ部材に破損が生じることを防止している。この保護部材は、大気連通孔よりも小さい開口を有した通気部(保護部)や、フィルタ部材が視認できないようにフィルタ部材を覆うとともに、栓部材との間隙から大気連通孔に通気する被覆部が、腕部を介して外筒に結合された構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−292459号公報
【特許文献2】特開2008−292460号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、特許文献1や特許文献2のような保護部材を用いずに、外筒に、直接、保護部や被覆部、腕部を設けたガスセンサが検討されている。具体的には、外筒の後端側に腕部を接続すると共に、この腕部に接続するように保護部や被覆部が設けられている。このように、外筒と保護部や被覆部、腕部とを一部材で形成することで、部品点数が減るといったメリットがある。
【0007】
ところで、保護部や被覆部、腕部と一部材で構成された外筒を栓部材に組み付ける際、外筒の腕部を栓部材に設けられた溝部内に配置している。この溝部は、もともと栓部材が外部から被水したときに、水捌けを補助し、大気連通孔の通気性能を低下させないために設けられているが、この溝部内に腕部を配置することで、外筒が栓部材に対して周方向に回転することを防止できる。よって、外筒と栓部材との組み付け時に、栓部材のリード線挿通孔から取り出されたリード線が外筒に接触して損傷することを防止できる。
【0008】
しかしながら、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置した場合、保護部又は被覆部が栓部材に組み付けられたフィルタ部材に接触してしまい、フィルタ部材に破損が生じるおそれがある。この原因としては、大気連通孔内にフィルタ部材を配置することで、大気連通孔とフィルタ部材とで形成された窪みに水が溜まって大気連通孔の通気性能が低下することを防止するために、フィルタ部材を栓部材に組み付けた際に、フィルタ部材を栓部材の溝部よりも後方側に露出させた形態で配置することがあるからである。
【0009】
これに対し、保護部や被覆部とフィルタ部材とを離間しつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置することで、フィルタ部材が損傷することを防止できるが、従来の外筒と栓部材との組付け方法では、保護部や保護部とフィルタ部材とを離間させて配置することが困難であった。
【0010】
従来の外筒と栓部材との組付け方法は、リード線と電極(検知電極や基準電極)等とを接続する複数の接続端子と複数のリード線とを接合した後、接続端子をセパレータ内に収容すると共に、リード線をセパレータ及び栓部材のリード線挿通孔に挿通する。セパレータは栓部材よりもガスセンサの先端側に配置されており、複数の接続端子同士の接触を防止するためのものである。
【0011】
そして、リード線は、外筒の後端側に設けられた腕部や保護部、被覆部と非接触の状態で外筒に挿通され、その後、外筒がセパレータや栓部材の周囲を覆うようにして栓部材の後端側から嵌められる。このとき、セパレータ、栓部材、外筒がそれぞれ独立して配置されるため(他の部材に対して軸線方向の移動が規制されていないため)、まず始めに、外筒の腕部が栓部材の溝部の底面に当接するまで移動してしまうことになる。つまり、外筒の腕部が栓部材の溝部の底面に接触することで、栓部材に対して外筒の先端側への移動の規制となる。よって、この方法では、通気部や保護部とフィルタ部材とを離間しつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置することが困難である。
【0012】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、腕部を栓部材の溝部内に配置させるにあたり、保持部又は被覆部がフィルタ部材に接触することを抑制することができるガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、を備えたガスセンサの製造方法において、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部、または前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該保護部または前記被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒と一部材にて形成されてなり、
前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に係合したときに、前記外筒の前記腕部よりも前記取付方向の前方側に配置される、前記外筒に着脱可能な保持部と、前記リード線をそれぞれ延伸方向にスライド可能に保持すると共に、前記リード線を前記外筒に対して位置決めするリード線保持部と、を有する取付治具を準備し、
前記取付治具に前記外筒を保持させる保持工程と、前記リード線を前記取付治具の前記リード線保持部に保持させるリード線保持工程と、前記リード線の延伸方向に沿って、前記外筒と一体となった前記取付治具をスライドさせて、前記取付治具の前記保持部と前記栓部材とを接触させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の後方側に配置する配置工程と、前記外筒を前記栓部材の取付方向に押圧し、前記保護部または前記被覆部と前記フィルタ部材を離間させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の前記溝部内に配置するずらし工程と、を有することを特徴とする。
【0014】
このように、保持部及びリード線保持部を有する取付治具を準備し、保持工程にて、取付治具に外筒を保持する。このとき、保持部は、外筒の腕部よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒を栓部材に外嵌すると、まず始めに、取付治具の保持部が栓部材に接触することで、栓部材に対して外筒及び取付治具の先端側への移動を規制できる。これにより、外筒の腕部を栓部材の溝部の底面に当接するまで移動することがない。そして、ずらし工程にて、保護部または被覆部とフィルタ部材を離間させつつ、外筒の腕部を栓部材の溝部内に配置するように外筒を押圧する。これにより、フィルタ部材を栓部材に組付けた際に、フィルタ部材を溝部よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒を栓部材に外嵌する際に、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することを抑制でき、フィルタ部材に破損が生じることを抑制できる。
【0015】
また、本発明のガスセンサの製造方法は、前記栓部材よりも先端側に配置され、前記リード線と接続する接続端子を内包する筒状のセパレータを有し、該セパレータには、径方向外側に突出するフランジ部を備え、前記ずらし工程では、前記栓部材を前記セパレータに当接させた後、前記外筒を前記フランジ部に当接させることが好ましい。これにより、外筒及び栓部材の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータにより達成できる。具体的には、栓部材の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータに当接することで達成し、外筒の軸線方向先端側への移動の規制をフランジ部に当接することで達成できる。よって、ずらし工程時に外筒を栓部材に組付ける際に、セパレータの形状のみで、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することなく、外筒の腕部が栓部材の溝部内に確実に配置することができる。
なお、セパレータの形状は、フランジ部と外筒との腕部との軸線方向距離(具体的には、フランジ部と外筒との接触位置から外筒の腕部までの軸線方向距離)と、セパレータの後端面と栓部材の溝部の底面との軸線方向距離とを、外筒の保護部又は被覆部がフィルタ部材に接触することなく、外筒の腕部が栓部材の溝部内に確実に配置することができるように、適宜設定すればよい。
【0016】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、前記保持部は、前記腕部を挟持することで、前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に前記取付治具を係合することを特徴とすることが好ましい。これにより、取付治具により外筒を容易に保持できると共に、取付治具を外筒に係合した際に、外筒の腕部よりも保持部を取付方向の前方側に配置することが容易に達成できる。
【0017】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、前記栓部材が、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部が、前記凸部に当接することが好ましい。このように、栓部材に凸部を設けることで、腕部と溝部の底面との接触をさらに防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1の実施形態のガスセンサ1の構造を示す縦断面図である。
【図2】組み付け前のグロメット9の斜視図である。
【図3】ガスセンサ1を軸線O方向後端側(図1における上側)から見た図である。
【図4】組み付け前の外筒3の斜視図である。
【図5】取付治具400の斜視図である。
【図6】取付治具400を取付方向の前方から(図5における矢印C方向に)見た図である。
【図7】取付治具400を取付方向の後方から(図5における矢印D方向に)見た図である。
【図8】図5(または図6)の2点鎖線で示す屈曲線E−Eにおいて矢視方向から見た取付治具400の屈曲断面図である。
【図9】保持工程を示す図である。
【図10】リード線保持工程を示す図である。
【図11】配置工程を示す図である。
【図12】ずらし工程を示す図である。
【図13】変形例としてのガスセンサ201の要部縦断面図である。
【図14】ガスセンサ201を軸線O方向後端側(図13における上側)から見た図である。
【図15】変形例としてのガスセンサ700の構造を示す縦断面図である。
【図16】変形例としての外筒510の後端部の形状を示す斜視図である。
【図17】変形例としての外筒520の後端部の形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、第1の実施形態として、ガスセンサ1を例に、その構造について図1〜図4を参照して説明する。なお、図1に示すガスセンサ1は自動車等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスの排気管(図示外)に取り付けられて使用されるものである。以下では、ガスセンサ1の軸線O方向において、排気管内に挿入される検出素子6の先端に向かう側(閉じている側であり図中下側)を先端側とし、これと反対方向に向かう側(図中上側)を後端側として説明するものとする。
【0020】
図1に示すガスセンサ1は、排気管内を流通する排気ガス中の酸素の濃度を検出するためのセンサであり、細長で先が閉じられた筒状の検出素子6を主体金具5や外筒3、プロテクタ4内に保持した構造を有する。ガスセンサ1からは、この検出素子6の出力する信号を取り出したり、検出素子6に併設されるヒータ7への通電を行ったりするためのリード線18が引き出されている。各リード線18は、ガスセンサ1とは離れた位置に設けられる図示外のセンサ制御装置あるいは自動車の電子制御装置(ECU)に電気的に接続されている。
【0021】
ガスセンサ1の検出素子6は、ジルコニアからなる固体電解質体61を有底筒状に形成したものであり、固体電解質体61の内面には、PtまたはPt合金からなる基準電極62がそのほぼ全面を覆うように多孔質状に形成されている。また、固体電解質体61の外面にも、基準電極62と同様に、PtまたはPt合金からなる検出電極63が多孔質状に形成されている。検出素子6の先端側(閉じている側)は検出部64として構成され、外面の検出電極63が排気管(図示外)内を流通する排気ガス中に晒される。図示しないが、この検出電極63は耐熱性セラミックスよりなる多孔質状の電極保護層により被覆されており、排気ガスによる被毒から保護されている。また、検出素子6の軸線O方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する鍔状のフランジ部65が設けられている。そして、検出素子6の筒孔内には、固体電解質体61を加熱して活性化させるための棒状のヒータ7が挿入されている。
【0022】
検出素子6は、自身の径方向周囲を筒状の主体金具5に取り囲まれた状態で、その主体金具5の筒孔55内に保持されている。主体金具5はSUS430等のステンレス鋼からなる筒状の部材であり、先端側に、排気管の取付部(図示外)に螺合する雄ねじ部52が形成されている。雄ねじ部52よりも先端側には、その外周に後述するプロテクタ4が係合される先端係合部56が形成されている。検出素子6の検出部64は、この先端係合部56よりも先端側に突出している。
【0023】
主体金具5の雄ねじ部52の後端側には径方向に拡径された工具係合部53が形成されており、ガスセンサ1を排気管の取付部(図示外)に取り付ける際に使用される取り付け工具が係合される。この工具係合部53と雄ねじ部52との間の部位には、排気管の取付部を介したガス抜けを防止するための環状のガスケット11が嵌挿されている。そして主体金具5の後端側には、自身の筒孔55内で保持する検出素子6を加締め固定するための加締部57が設けられている。検出素子6の後端部66は、この加締部57よりも後端側に突出している。そして、工具係合部53と加締部57との間には、その外周に、後述する外筒3の先端部31が係合される後端係合部58が形成されている。
【0024】
次に、主体金具5の筒孔55内の先端側にはその内周を径方向内側に向けて突出させた段部59が設けられており、この段部59に、金属製のパッキン12を介し、アルミナからなる筒状の支持部材13が係止されている。支持部材13の内周も段状に形成されており、その段状の部位に配置される金属製のパッキン14を介し、検出素子6のフランジ部65が支持部材13により支持されている。さらに筒孔55内には、支持部材13の後端側に滑石粉末からなる充填部材15が充填され、その充填部材15を支持部材13との間で挟むように、充填部材15の後端側にアルミナ製で筒状のスリーブ16が配置されている。
【0025】
スリーブ16の後端側には環状のリング17が配置されており、主体金具5の加締部57を径方向内側に加締めることで、リング17を介し、スリーブ16が充填部材15に対して押しつけられている。この加締部57の加締めを通じ、充填部材15が、主体金具5の段部59に係止された支持部材13に向けて検出素子6のフランジ部65を押圧するよう主体金具5の筒孔55内に圧縮充填されると供に、筒孔55の内周面と検出素子6の外周面との間の間隙が気密に埋められている。このように、検出素子6は、主体金具5の加締部57と段部59との間において挟持された各部材を介し、主体金具5の筒孔55内で保持されている。
【0026】
次に、主体金具5の先端係合部56には、その先端係合部56から軸線O方向の先端側に向け突出された検出素子6の検出部64を覆うプロテクタ4が、溶接によって組み付けられている。プロテクタ4は、ガスセンサ1が排気管(図示外)に取り付けられた際に排気管内に突き出される検出素子6の検出部64を、排気ガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ4は、有底筒状をなし、開放された側の周縁部が先端係合部56に接合される外側プロテクタ41と、その外側プロテクタ41の内部に固定された有底筒状の内側プロテクタ45とからなる2重構造をなすように構成されている。外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の外周壁には内部に排気ガスを導入し、検出素子6の検出部64へと導くための導入口42がそれぞれ開口されている(内側プロテクタ45のガス導入口は図示せず。)。また、外側プロテクタ41および内側プロテクタ45の底壁には、内部に入り込んだ水滴や排気ガスを排出するための排出口43,48がそれぞれ開口されている。
【0027】
また、検出素子6の後端部66よりも軸線O方向の後端側には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ8が配置されている。セパレータ8は、4つの接続端子19(図1ではそのうちの3つの接続端子19を示している。)をそれぞれ独立に収容する収容部82を有する。収容部82はセパレータ8を軸線O方向に貫通しており、セパレータ8の先端側と後端側との間において通気可能に構成されている。各接続端子19は、検出素子6の基準電極62、検出電極63、およびヒータ7の有する発熱抵抗体に通電するため後端側にて露出された一対の電極71(図1ではそのうちの一方の電極71を示している。)に、それぞれ電気的に接続されるものである。セパレータ8は、各接続端子19を分離した状態で収容し、接続端子19同士の接触を防止している。各接続端子19には4本のリード線18の芯線がそれぞれ加締め接合されており(図1ではそのうちの2本のリード線18を示している。)、各リード線18は、後述するグロメット9を介してガスセンサ1の外部に引き出されている。また、セパレータ8の外周面には、径方向外側に突出するフランジ部81が設けられており、そのフランジ部81よりも先端側の外周面に、略円筒状の保持金具85が嵌挿されている。
【0028】
また、セパレータ8の後端側には、フッ素系ゴムからなるグロメット9が配置されている。図2に示すように、グロメット9は、軸線O方向を高さ方向とする略円柱状に形成された部材であり、軸線O方向に貫通する大気連通孔91および4つのリード線挿通孔92を有する。大気連通孔91は、グロメット9の径方向中央に形成され、リード線挿通孔92は、大気連通孔91よりも外周側にて大気連通孔91を取り巻くように、周方向に等間隔となる位置にそれぞれ形成されている。大気連通孔91は、図1に示すように、さらにセパレータ8の収容部82を介して、ガスセンサ1内(後述する外筒3内)に大気を導入するために設けられたものである。外筒3内では、検出素子6が、後端部66を突き出した形態で主体金具5に保持されているが、その検出素子6の有底筒内に形成された基準電極62が、大気に晒されるように構成されている。そして図3に示すように、4つのリード線挿通孔92には、前述した4本のリード線18が、それぞれ独立に挿通される。なお、グロメット9が特許請求の範囲における「栓部材」に相当する。
【0029】
また、図2,図3に示すように、グロメット9がガスセンサ1へ組み付けられた際に後端側を向く後端向き面99には、大気連通孔91の形成位置を起点とし、外周側へ向けて径方向に沿って溝状に延びる4つの溝部93が形成されている。この溝部93は、グロメット9の先端側に向かって切り欠いており、底面94及び底面94と後端向き面99とを接続する2つの側面95にて形成されている。各溝部93は、後端向き面99上に開口する4つのリード線挿通孔92の位置を避けるように、それぞれ隣り合う2つのリード線挿通孔92間を通して配置されている。よって、後端向き面99は、溝部93によって4つの区画に分割されている。
【0030】
図1に示すように、グロメット9の大気連通孔91内には、フィルタ部材87およびその留め金具88が挿入されている。フィルタ部材87は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂から形成されたミクロンサイズの網目構造を有する薄膜状のフィルタであり、水滴等は通さず大気は連通可能に構成されたものである。また、留め金具88は筒状に形成された部材であり、自身の外周と大気連通孔91の内周との間にフィルタ部材87を挟み、グロメット9に固定する。上記したグロメット9の溝部93は、フィルタ部材87を通過できなかった水滴等がフィルタ部材87上で溜まらないように、外周側へ導く流路を形成するものである。そのため、フィルタ部材87の後端が溝部93の底面94よりも後端側に配置されていることが好ましい。なお、溝部93は、径方向外側から中央側へ向かうにつれ軸線O方向先端側から後端側へ向かう、傾斜を有していてもよい。
【0031】
次に、主体金具5の後端側には、軸線O方向に延びる筒状の外筒3が組み付けられている。図4に示すように、外筒3は、SUS304等のステンレス鋼を軸線O方向に沿って延びる筒状に形成し、さらに略中央より先端側(図4において下側)に位置する先端部31を大径に形成したものである。先端部31の内径は、先端部31を主体金具5の後端係合部58(図1参照)に係合させるため、後端係合部58の外径より大きく形成されている。また、図3,図4に示すように、外筒3の後端側に位置する後端部38の後端は径方向内向きに折り曲げられて連結部32を形成しており、連結部32の周方向の4箇所から、軸線Oへ向けて延びる板状をなす4本の腕部33が突出されている。
【0032】
そして、各腕部33は、円形板状の保護部34の外周にそれぞれ接続されている。保護部34は、図2に示す、グロメット9の大気連通孔91とほぼ同じ大きさの外径を有し、図1,図3に示すように、厚み方向を軸線O方向に合わせ、大気連通孔91に蓋をする配置となるように、腕部33に支えられている。また、図4に示すように、保護部34には後端側に向かって突出する突出部35が設けられている。この突出部35に設けられた開口は、大気連通孔91の開口(大きさ)よりも小さく形成(図1参照)されており、大気連通孔91内への飛石等の進入が防止されている。そして、突出部35の開口を通じ、外部と大気連通孔91内との通気(つまり外筒3の内部と外部との通気)が確保されている。このように保護部34を設けることで、大気連通孔91内に配置されたフィルタ部材87を、草木との接触や飛石等の衝突など、外部からの衝撃から保護し、破損を防止することができる。なお、突出部35は、グロメット9の後端向き面99よりも先端側に配置されている(つまり、突出部35は、グロメット9内に配置されている)。これにより、リード線18が突出部35に接触し、損傷することを防止できる。
【0033】
このような構造を有する外筒3は、図1に示すように、軸線O方向に連ねて配置された検出素子6の後端部66、セパレータ8およびグロメット9の各側面を、周方向に取り囲んだ状態で、主体金具5の後端側に配置される。外筒3の先端部31は、主体金具5の後端係合部58の外周に嵌められ、外周側から径方向内向きに加締められる。さらに先端部31の外周を一周してレーザ溶接が施されることで、外筒3が主体金具5に固定されている。
【0034】
また、セパレータ8のフランジ部81よりも先端側の部分の位置に対応する外筒3の側面は、外周を一周して径方向内向きに加締められている。この位置には保持金具85が配置されており、保持金具85は、自身の内部にセパレータ8を保持した状態で、外筒3内に加締め保持される。また、セパレータ8のフランジ部81よりも後端側の部分の位置に対応する外筒3の側面も、周方向の複数箇所において、径方向内向きに加締められている。この部分の加締めはフランジ部81の後端に接する位置に行われ、この加締め部分と保持金具85とでフランジ部81が挟まれて、セパレータ8の軸線O方向への移動が規制されている。
【0035】
さらに、図1に示すように、セパレータ8の後端側に配置されるグロメット9が、外筒3の後端部38内に配置されるとともに、4区画に分割されたグロメット9の後端向き面99は、4本の腕部33間を抜けて、外筒3から後端側に突出し、腕部33は図3に示すように、溝部93内に配置される。この際、図1に示すように、腕部33を溝部93の底面94と間隙T1を設けて配置している。これにより、グロメット9が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ1の後端側に膨らんだとしても、グロメット9の溝部93が腕部33に引っかかることが無い。その結果、グロメット9における溝部93と他の部位(例えば、後端向き面99を形成する4箇所の部位)との膨張割合に差が生じにくく、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0036】
次に、ガスセンサ1の製造方法の一例を、以下の手順に説明する。
まず、ガスセンサ1製造する際に用いられる取付治具400の構造について、図5〜図8を参照して説明する。図5は、取付治具400の斜視図である。図6は、取付治具400を取付方向の前方から(図5における矢印C方向に)見た図である。図7は、取付治具400を取付方向の後方から(図5における矢印D方向に)見た図である。図8は、図5(または図6)の2点鎖線で示す屈曲線E−Eにおいて矢視方向から見た取付治具400の屈曲断面図である。
【0037】
図5に示す取付治具400は、ガスセンサ1(図1参照)を組み立てる際に、外筒3を配置するための治具であり、例えばニトリルゴム(NBR)から作製され、取付方向に沿った中心軸P(図中1点鎖線で示す。)を有する円柱形状をなしている。図5〜図8に示すように、取付治具400は、取付方向の後方側にて拡径され段状をなす基部420を有し、その基部420から取付方向前方側へ向けて突出するように、保持部410が形成されている。この保持部410は、外筒3を取付治具400自身と一体に保持するための部位であり、具体的に、外筒3の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙(図4参照)に挿入可能な突出部411が、周方向に4つ並んで配置された構成をなす。外筒3を保持する際には、中心軸Pの周方向にて隣り合う2つの突出部411の側面412間に、腕部33がそれぞれ挿入される。
【0038】
また、各突出部411の中心軸P側を向く内面413は、中心軸Pを囲み保護部34が挿入される通路を形成する。その際に保護部34が負荷を受けるように、通路の内径は保護部34の外周の大きさよりもやや小さく形成されている。そして図8に示すように、保持部410の基部420側の根元付近において、内面413の形成する通路は拡径されており、保護部34がこの位置に移動すれば、保護部34は各内面413より受ける負荷から解放される。このとき、保護部34と基部420との接触を防止するため、基部420には、突出部411の内面413が形成する通路に連続する凹部状の収容部421が形成されている。さらに突出部411の外面414は、外筒3の後端部38との間に間隙を有する位置に形成されている。ところで、保持部410の突出部411はそれぞれ基部420から突出する形態であるが、後述するガスセンサ1の製造過程において、外筒保持部410の取付方向の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接した際、外筒3がグロメット9の溝部93の底面94に当接しないように、突出部411の基部420からの突出長さが調整されている。つまり、取付治具400に外筒3を保持した際に、突出部411の先端面415は、少なくとも腕部33の位置よりも、取付方向前方に配置される。
【0039】
また、図5〜図8に示すように、取付治具400の外周面には、中心軸Pに沿って保持部410の取付方向先端面から基部420の取付方向後端面へ貫く溝状をなす4本のリード線保持部430が形成されている。リード線保持部430は、保持部410の中心軸Pに対する各突出部411の断面において中央の位置に設けられた、円形状の断面を有する底部壁面431と、底部壁面431の内径(断面の直径)より細幅にて対向する側部壁面432とから構成される。底部壁面431の内径はガスセンサ1のリード線18(図1参照)の外径と略同径に形成されている。このリード線保持部430にリード線18が挿入された際に、リード線18は底部壁面431内に配置されるが、側部壁面432がリード線18の外径よりも細幅となるのでリード線18の抜け防止として機能する。また、外筒保持部410の取付方向の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接した際に、グロメット9のリード線挿通孔92と取付治具400の底部壁面431とが連結されるように、中心軸Pと直交する断面における4つの底部壁面431の中心軸Pに対する配置関係が、グロメット9の軸線Oと直交する断面における4つのリード線挿通孔92の軸線Oに対する配置関係と略一致するように構成されている。また、基部420の外径は、各突出部411の外面414の外径よりも大きく形成されている。このため、基部420におけるリード線保持部430の溝の深さは保持部410における溝の深さよりも深く、側部壁面432によるリード線18の抜け防止は、基部420側にて、より確実になされる。
【0040】
次に、この取付治具400を用い、ガスセンサ1を製造する方法について、図9〜図12を参照して説明する。図9は、保持工程を示す図である。図10は、リード線保持工程を示す図である。図11は、配置工程を示す図である。図12は、ずらし工程を示す図である。なお、図9〜図12のガスセンサ1や取付治具400の断面図は、図3において点線で示す屈曲線Zにて矢視方向からみた場合を例にして示したものである。以下では外筒3をグロメット9に取り付ける過程を中心に説明するが、ガスセンサ1のその他の部位の製造過程については公知であるため省略あるいは簡略化して説明する。
【0041】
図1に示す、ガスセンサ1の主体金具5は、SUS430等のステンレス鋼からなる棒状の鋼材に鍛造加工を施し、次いで切削加工を施して、工具係合部53や後端係合部58、雄ねじ部52、筒孔55等の形状を成形した後、雄ねじ部52にねじ山を転造して作製される。また、検出素子6は、有底筒状に形成した固体電解質体61の表面上に、例えばメッキにより基準電極62や検出電極63を形成し、さらに検出電極63の表面上を覆って電極保護層を形成してから焼成することにより、作製される。そして、別過程で作製したプロテクタ4を溶接により主体金具5に接合し、その主体金具5の筒孔55内に検出素子6を加締め保持することにより、ガスセンサ1の先端側の組立中間体が作製される。
【0042】
一方、導電性の板材から作製した4つの接続端子19のそれぞれにリード線18の芯線を加締めて接合し、そのうちの2つの接続端子19をヒータ7の電極71に接続する。これら接続端子19とヒータ7をセパレータ8内に収容すると共に、リード線18をセパレータ8及びグロメット9に挿通する。
【0043】
[保持工程]
次に、図9に示すように、グロメット9のリード線挿通孔92から引き出された4本のリード線18を、外筒3の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙(図4参照)のそれぞれに、腕部33や保護部34には接触しないように挿通させる。この状態で取付治具400の取付方向前方側を外筒3に向け、中心軸Pを外筒3の軸線Oに揃え、外筒の保護部34と腕部33と後端部38とに囲まれてなる間隙のそれぞれに、保持部410の各突出部411を挿入する。つまり、中心軸Pに対する周方向にて隣り合う各突出部411の側面412間に、腕部33を通し、4つの突出部411の中心軸P側を向くそれぞれの内面413間に、保護部34を配置させる。これにより、取付治具400と外筒3とが互いに位置決めされる。そして、取付治具400をそのまま軸線Oに沿って取付方向に移動させ、外筒3の保護部34を取付治具400の収容部421内に収容すると、内面413が保護部34の抜け防止として機能し(図10参照)、外筒3は取付治具400に一体に保持される。
【0044】
[リード線保持工程]
次に、図10に示すように、4本のリード線18を、それぞれが配置されている間隙に挿入された取付治具400の突出部411に設けられているリード線保持部430の側部壁面432間に挿入し、底部壁面431に配置する。各リード線18は、自身の外径より細幅の側部壁面432が抜け防止として機能し、それぞれが配置された底部壁面431内にて保持される。従って、リード線18は、突出部411に周囲を囲われて、外筒3の保護部34、腕部33および後端部38との接触から保護される。
【0045】
[配置工程]
前述したように、取付治具400はNBRからなるため、リード線保持部430の底部壁面431でリード線18を保持しつつも、リード線18に対し滑り性を有する。図11に示すように、取付治具400に一体に保持された外筒3をリード線18の延伸方向にスライド移動させると、取付治具400および外筒3はリード線18に案内されて、グロメット9の後端側に達する。取付治具400によって外筒3とリード線18とが接触しないように互いの位置関係が位置決めされるので、このスライド移動の際に外筒3でリード線18を擦ったり損傷させたりする虞がない。
【0046】
取付治具400および外筒3がグロメット9の後端側に達したとき、突出部411の基部420からの突出長さの規定に従い、外筒3の腕部33がグロメット9の溝部93の底面94に接触するよりも先に、取付治具400の先端面415がグロメット9の後端向き面99に当接する。このとき、リード線18に案内されて、取付治具400のリード線保持部430の底部壁面431がグロメット9のリード線挿通孔92に連結する配置となる。これにより、グロメット9に対し取付治具400が位置決めされるため、各突出部411の側面412間は、グロメット9の各溝部93に連結する配置となり、内面413の形成する通路は、グロメット9の大気連通孔91に連結する配置となる。
【0047】
[ずらし工程]
そして図12に示すように、外筒3を軸線Oに沿って取付方向に押圧する。外筒3の保護部34は、取付治具400の突出部411の内面413に案内されて、グロメット9の大気連通孔91へ向かい、腕部33は、各突出部411の側面412間に案内されて、グロメット9の各溝部93へ向かう。そして、腕部33は、それぞれグロメット9の溝部93内に収容され、保護部34は、フィルタ部材87の後端側にて大気連通孔91の内周を軸線O方向に延ばした領域に配置されて、大気連通孔91を塞ぐ。このとき、セパレータ8にグロメット9が当接すると共に、セパレータ8のフランジ部81に外筒3が当接することで、腕部33が溝部93の底面94に当接することなく、腕部33は、溝部93の底面94と間隙Sを設けて配置されることとなる。なお、間隙Sは間隙T1よりも大きな距離を有している。これは、後工程にあるグロメット9が外筒3により加締め固定されることで、グロメット9が後端側に膨らむことを考慮している。
【0048】
その後の製造過程で取付治具400が取り除かれ、外筒3とセパレータ8との間に保持金具85が挿入されて、外筒3を加締めることで外筒3にセパレータ8が保持される。さらに、外筒3の後端部38を加締め、グロメット9を外筒3に固定すると共に、外筒3の先端部31を主体金具5の後端係合部58に係合し、先端部31の周囲を加締めると共に、レーザ溶接を施して、ガスセンサ1が完成する。
【0049】
このように、保持工程にて、取付治具400に外筒3を保持させたとき、保持部410が外筒3の腕部33よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒3が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具400がグロメット9に接触させることができる。そして、腕部33や保護部34をそれぞれ溝部93や大気連通孔91に案内する経路を形成した上で、ずらし工程にて外筒3がグロメット9へ係合される。このとき、保護部34とフィルタ部材87を離間させつつ、外筒3の腕部33をグロメット9の溝部93内に配置するように外筒3を押圧する。これにより、フィルタ部材87をグロメット9に組付けた際に、フィルタ部材87を溝部93よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒3をグロメット9に外嵌する際に、外筒3の保護部34がグロメット9に接触することを抑制でき、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【0050】
また、腕部33が溝部93の底面94を押圧しながらセパレータ8とグロメット9と外筒3とを組み付けることがないので、グロメット9の溝部93が腕部33により収縮し、グロメット9における溝部93と他の部位(例えば、後端向き面99を形成する4箇所の部位)との収縮割合に差が生じ、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0051】
さらに、ずらし工程にてグロメット9をセパレータ8に当接させた後、外筒3をセパレータ8のフランジ部81に当接させることで、外筒3及びグロメット9の軸線方向先端側への移動の規制をセパレータ8により達成できる。よって、ずらし工程時に外筒3をグロメット9に組付ける際に、セパレータ8の形状のみで、外筒3の保護部34がフィルタ部材87に接触することなく、外筒3の腕部33がグロメット9の溝部93内に確実に配置することができる。
【0052】
さらに、保持部410が腕部33を挟持することで、取付治具400により外筒3が容易に保持できると共に、取付治具400に外筒3を保持した際に、外筒3の腕部33よりも保持部410を取付方向の前方側に配置することが容易に達成できる。
【0053】
尚、上記実施形態に示される構成は例示であり、各種の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第1の実施形態では、外筒3に保護部34を設けたがこれに限らず、例えば、図13、図14以下に説明するような、外筒203に被覆部234を設けた変形例1のガスセンサ201でも良い。なお、変形例1のガスセンサ201を構成する部品のうち、外筒203以外の部品はガスセンサ1のものと同一のものが用いられている。したがって、ここでは外筒203の形態について説明し、その他の部位については説明を省略もしくは簡略化する。
【0054】
図13示すように、ガスセンサ201の外筒203は、第1の実施形態と同様、SUS304等のステンレス鋼を有底筒状に形成し、底部分を切り抜いて、腕部233および被覆部234を形成したものである。図17,図18に示すように、被覆部234は、グロメット9の大気連通孔91とほぼ同じ大きさの外径を有する円形板状をなし、グロメット9の外周を取り囲む後端部238の開口端232から径方向内向きに延びる2本の腕部233に支えられている。そして被覆部234には、開口が設けられていない。
【0055】
このような構成のガスセンサ201において、被覆部234は、大気連通孔91に蓋をするように配置される。このため、図14に示すように、ガスセンサ201を軸線Oに沿って後端側から見たとき、被覆部234に遮られ、フィルタ部材87を視認することができない。これにより、フィルタ部材87は草木との接触や飛石等の衝突などから保護され、外部からの衝撃による破損が防止される。
【0056】
そして2本の腕部233は、グロメット9の4つの溝部93のうち、2つの溝部93内に配置される。図13、図14に示すように、溝部93のうち、腕部233が配置されていない側の溝部93(ここでは便宜上、溝部293とする。)では、被覆部234と溝部293との間に大気連通孔91内へ通ずる間隙を生ずる。この間隙を介し、外部と大気連通孔91内との通気(つまり外筒203の内部と外部との通気)が確保されている。もちろん、腕部233が配置された側の溝部93においても、溝部93と被覆部234との間に間隙T3を有するので、この間隙を通じ、外部と大気連通孔91内との通気は可能である。
【0057】
さらに、腕部233を溝部93の底面94との間に間隙T3を設けて配置している。これにより、グロメット9が排気管や排気ガス等から受ける熱によって熱膨張し、ガスセンサ201の後端側に膨らんだとしても、グロメット0の溝部93が腕部233に引っかかることが無い。その結果、グロメット9における溝部93と他の部位との膨張割合に差が生じにくく、グロメット9の溝部93にクラック(亀裂)が生じることを抑制できる。
【0058】
このような、変形例1のガスセンサ201においても、第1の実施形態と同様の製造方法(保持工程、リード線保持工程、配置工程、ずらし工程)を行うことで、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、保持工程にて、取付治具400に外筒203を保持させたとき、保持部410が外筒203の腕部233よりも取付方向の前方側に配置しているため、その後の配置工程にて外筒203が溝部93の底面94に接触するよりも先に取付治具400がグロメット9に接触させることができる。そして、腕部233や被覆部234をそれぞれ溝部93や大気連通孔91に案内する経路を形成した上で、ずらし工程にて外筒203がグロメット9へ係合される。このとき、被覆部234とフィルタ部材87を離間させつつ、外筒203の腕部233をグロメット9の溝部93内に配置するように外筒203を押圧する。これにより、フィルタ部材87をグロメット9に組付けた際に、フィルタ部材87を溝部93よりも後方側に露出させて配置する形態であっても、外筒203をグロメット9に外嵌する際に、外筒203の被覆部234がグロメット9に接触することを抑制でき、フィルタ部材87に破損が生じることを抑制できる。
【0059】
また、第1の実施形態及び変形例1では、保護部34及び被覆部234支える腕部33、233の数を4本又は2本としたが、1本の腕部で保護部、もしくは被覆部を支えてもよい。もちろん、腕部は3本でも5本でも、それ以上の本数を設けてもよい。また、グロメット9の溝部93の数も、腕部の数に応じて増減させてもよいし、あるいは溝部93の数が腕部の本数よりも多くてもよい。
【0060】
また、第1の実施形態のガスセンサ1、及び変形例1の201において、グロメット9の溝部93に、以下のような凸部96を設けても良い。なお、以下の説明は、第1の実施形態のガスセンサ1の変形例として説明するが、変形例1のガスセンサ201についても同様に適用できる。
具体的には、図15に示すように、グロメット9の溝部93の底面94から後端側に向かって凸部96がそれぞれ1箇所設けられている。この凸部96は、外筒3の腕部33に当接し、腕部33と溝部93の底面94とが凸部96の軸線方向長さの距離を保つように設けられている。このように、グロメット9に凸部96を設けることで、腕部33と溝部93の底面94との接触をさらに防ぐことができる。
【0061】
また、第1の実施形態では、保護部34にそれぞれ突出部35を設けたが、孔の形状については各種変更が可能である。
例えば、図16に示す外筒510のように、保護部511に、大きな開口513を設け、その開口513に、ワイヤー材を網目状に組んで形成したメッシュ部材512を取り付けてもよい。メッシュ部材512によってフィルタ部材87を破損から保護しつつ、開口513を介した通気を確保することができる。
また、図17に示す外筒520のように、保護部521に、複数の孔522を設けてもよい。孔522を介した通気を確保しつつ、孔522の内径を適宜設定し、草木との接触や飛石等の衝突による外部からの衝撃を防ぐことができる大きさとすれば、十分に、フィルタ部材87を破損から保護することができる。もちろん、孔522の数は適宜変更可能であり、孔数を増やすことで合計の開口面積を大きくすれば、通気部521において十分な通気性を確保することができる。
【0062】
また、第1の実施形態のガスセンサ1、及び変形例1のガスセンサ201では、検出素子6が有底筒状にて構成されていたが、これに限らず、板状の検出素子であっても良い。
【符号の説明】
【0063】
1、201・・・・・・・ガスセンサ
18・・・・・・・・・・リード線
3、203・・・・・・・外筒
33、233・・・・・・腕部
34・・・・・・・・・・保護部
35・・・・・・・・・・突出部
4・・・・・・・・・・・プロテクタ
5・・・・・・・・・・・主体金具
6・・・・・・・・・・・検出素子
8・・・・・・・・・・・セパレータ
81・・・・・・・・・・フランジ部
9・・・・・・・・・・・グロメット
91・・・・・・・・・・大気連通孔
92・・・・・・・・・・リード線挿通孔
93・・・・・・・・・・溝部
94・・・・・・・・・・底面
95・・・・・・・・・・側面
234・・・・・・・・・被覆部
400・・・・・・・・・取付部材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、
該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
を備えたガスセンサの製造方法において、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部、または前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該保護部または前記被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒と一部材にて形成されてなり、
前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に係合したときに、前記外筒の前記腕部よりも前記取付方向の前方側に配置される、前記外筒に着脱可能な保持部と、前記リード線をそれぞれ延伸方向にスライド可能に保持すると共に、前記リード線を前記外筒に対して位置決めするリード線保持部と、を有する取付治具を準備し、
前記取付治具に前記外筒を保持させる保持工程と、
前記リード線を前記取付治具の前記リード線保持部に保持させるリード線保持工程と、
前記リード線の延伸方向に沿って、前記外筒と一体となった前記取付治具をスライドさせて、前記取付治具の前記保持部と前記栓部材とを接触させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の後方側に配置する配置工程と、
前記外筒を前記栓部材の取付方向に押圧し、前記保護部または前記被覆部と前記フィルタ部材を離間させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の前記溝部内に配置するずらし工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【請求項2】
前記ガスセンサは、前記栓部材よりも先端側に配置され、前記リード線と接続する接続端子を内包する筒状のセパレータを有し、該セパレータには、径方向外側に突出するフランジ部を備え、
前記ずらし工程では、前記栓部材と前記セパレータに当接させた後、前記外筒を前記フランジ部に当接させることを特徴とする請求項1記載のガスセンサの製造方法。
【請求項3】
前記保持部は、前記腕部を挟持することで、前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に前記取付治具を係合することを特徴とする請求項1または請求項2記載のガスセンサの製造方法。
【請求項4】
前記栓部材は、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部は、前記凸部に当接することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項1】
軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
該検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
前記主体金具の後端側に配置され、自身の先端部が前記主体金具に固定される筒状の外筒と、
該外筒の内側に配置される栓部材であって、前記検出素子の検出信号を取り出すためのリード線が挿通されるリード線挿通孔、及び、通気性と防水性を有するフィルタ部材を介在させて前記外筒の内部と外部との大気連通を可能とする大気連通孔が、それぞれ軸線方向に延びるように形成された栓部材と、
を備えたガスセンサの製造方法において、
前記栓部材は、自身の後端向き面側にて前記大気連通孔を起点に前記リード線挿通孔を避けて径方向外側に向かって延びると共に、前記栓部材の先端側に向かって切り欠き、底面及び側面を有する溝部を有し、
前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する保護部であって、前記大気連通孔の開口よりも小さい開口を有する保護部、または前記ガスセンサの前記軸線方向から見たときに、前記フィルタ部材が視認できないように前記軸線方向後端側から前記栓部材の前記大気連通孔を覆うことで前記フィルタ部材を保護する被覆部であって、自身と前記栓部材との間隙を介して前記大気連通孔内と外部との通気を許容する被覆部と、該保護部または前記被覆部に接続すると共に、径方向に延び、少なくとも一部が前記栓部材の前記溝部内に配置される腕部と、が外筒と一部材にて形成されてなり、
前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に係合したときに、前記外筒の前記腕部よりも前記取付方向の前方側に配置される、前記外筒に着脱可能な保持部と、前記リード線をそれぞれ延伸方向にスライド可能に保持すると共に、前記リード線を前記外筒に対して位置決めするリード線保持部と、を有する取付治具を準備し、
前記取付治具に前記外筒を保持させる保持工程と、
前記リード線を前記取付治具の前記リード線保持部に保持させるリード線保持工程と、
前記リード線の延伸方向に沿って、前記外筒と一体となった前記取付治具をスライドさせて、前記取付治具の前記保持部と前記栓部材とを接触させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の後方側に配置する配置工程と、
前記外筒を前記栓部材の取付方向に押圧し、前記保護部または前記被覆部と前記フィルタ部材を離間させつつ、前記外筒の前記腕部を前記栓部材の前記溝部内に配置するずらし工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【請求項2】
前記ガスセンサは、前記栓部材よりも先端側に配置され、前記リード線と接続する接続端子を内包する筒状のセパレータを有し、該セパレータには、径方向外側に突出するフランジ部を備え、
前記ずらし工程では、前記栓部材と前記セパレータに当接させた後、前記外筒を前記フランジ部に当接させることを特徴とする請求項1記載のガスセンサの製造方法。
【請求項3】
前記保持部は、前記腕部を挟持することで、前記外筒の前記栓部材への取付方向の後方側から前記外筒に前記取付治具を係合することを特徴とする請求項1または請求項2記載のガスセンサの製造方法。
【請求項4】
前記栓部材は、前記溝部の前記底面から後端側に向かって突出する凸部を有し、前記腕部は、前記凸部に当接することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2011−215093(P2011−215093A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−85761(P2010−85761)
【出願日】平成22年4月2日(2010.4.2)
【出願人】(000004547)日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年4月2日(2010.4.2)
【出願人】(000004547)日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Fターム(参考)】
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