JP2004053425A - センサ、センサの製造方法、セパレータと付勢部材の組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高いセンサ、及び、信頼性が高く製造容易なセンサの製造方法を提供する。ヒータの折損等を生じ難いセンサの製造方法を提供する。
【解決手段】酸素センサ１は、酸素センサ素子２、主体金具３、第１，第２センサ端子金具１１，１２、ヒータ１５、ヒータ端子金具１６，１７、金属外筒２１、金属外筒２１の内部に収容され、各端子金具１１等やヒータ１５を内部に保持し、各端子金具１１等の間を絶縁するセパレータ３１、を有する。セパレータ３１の鍔部３４には外筒当接面３４ａが形成され、金属外筒２１は外筒当接面３４ａには当接する鍔部当接面２４ｂが形成されている。外筒当接面３４ａと鍔部当接面２４ｂとは、いずれも先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなし、セパレータ３１が後端側に付勢されてなる。付勢は、金属外筒２１を変形させると共に、セパレータ３１の先端側部３３の周囲に配置した付勢金具４１を変形させて行う。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ素子を主体金具等に組み付けたセンサ、及びセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関においては、排気ガス中の酸素濃度、空燃比状態等を検出し、その検出値に基づいて燃焼制御を行うことが、省エネルギー化、排ガス浄化等に非常に有効であることが知られている。上記排気ガス（被測定ガス）中の酸素濃度等を検出するセンサとしては、ジルコニア等の固体電解質よりなる検出素子を用いたガスセンサが知られており、様々な改良がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００１−１４７２１３号には、図１に示すガスセンサ１００１が開示されている。このガスセンサ１００１は、自動車用内燃機関に用いられる酸素センサであって、被測定ガスと接触する接ガス部１０１１を有する検出素子１０１０と、接ガス部１０１１を露出させた状態で検出素子１０１０を保持する主体金具１００４と、この主体金具１００４から設けられ検出素子１０１０の接ガス部１０１１を覆う保護カバー１００２とを有する。また、検出素子１０１０と電気的に導通された２つの取り出し端子１０７１，１０７２と、これらと各々電気的導通を図る複数のリード線１０８１，１０９１と、取り出し端子１０７１，１０７２とリード線１０８１，１０９１とを接続するコネクタ１０７５，１０７６と、コネクタ１０７５，１０７６間の絶縁を図る電気絶縁性の絶縁部材１００５と、この絶縁部材１００５を内部に収納する第１金属カバー１００３とを有する。また、検出素子１０１０を加熱するために、この検出素子１０１０の内側に配置されるヒータ１０１５は、リード線１１７１と図示しない他のリード線とにより外部と導通している。
【０００４】
また、この絶縁部材１００５は、リード線１０８１，１０９１，１１７１の一部やコネクタ１０７５，１０７６などを収納する本体部１０５１と、この本体部１０５１よりも大径の鍔部１０５２とを有している。また、第１金属カバー１００３は、絶縁部材１００５の本体部１０５１の外径よりも大きく鍔部１０５２の外径よりも小さい内径を有する小径部１０３１と、鍔部１０５２の外径よりも大きい内径を有する大径部１０３２と、小径部１０３１と大径部１０３２とを繋ぐ段部１０３３とを有している。
そして、絶縁部材１００５は、鍔部１０５２の一方の面（図中上方の面）１５２１を段部１０３３に当接させると共に、鍔部１０５２の他方の面（図中下方の面）１５２２を大径部１０３２に圧入された弾性部材１００６により押圧固定してある。つまり、絶縁部材１００５は、弾性部材１００６と第１金属カバー１００３の段部１０３３に挟まれて固定されている。
【０００５】
このようにしたため、このガスセンサ１００１では、従来のような複数のカバーを組合わせて絶縁部材を固定するという構造をとる必要がない。また、弾性部材１００６を用いて絶縁部材１００５を固定するので、絶縁部材１００５のサイズばらつきがあっても、第１金属カバー１００３と主体金具１００４との接合位置等に影響がないからガスセンサ１００１の全長の寸法精度を向上させることができるなどの利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このガスセンサ１００１では、上述したように、絶縁部材１００５の鍔部１０５２のうち、軸線方向（図１中上下方向）に略直交する面１５２１と、第１金属カバー１００３のうち同じく軸線方向の直交する段部１０３３とを当接させて、絶縁部材１００５を固定している。しかしながら、第１金属カバー１００３の大径部１０３２の内径よりも絶縁部材１００５の鍔部１０５２の外径が小さいので、第１金属カバー１００３の軸と、絶縁部材１００５の軸とが一致せず不適切にズレた状態で、絶縁部材１００５が第１金属カバー１００３に対して固定される虞がある。すると、この絶縁部材１００５内に保持されているリード線１０８１，１０９１，１１７１の一部やコネクタ１０７５，１０７６なども本来の配置されるべき位置から位置ズレした状態で保持されるため、リード線１０８１，１０９１，１１７１やコネクタ１０７５，１０７６などに不要な応力が掛かる。このため、検出素子１０１０やヒータ１０１５の折損などの破壊や、リード線１０８１等、コネクタ１０７５等の破断や断線等の不具合を生じる虞があった。
【０００７】
また、このガスセンサ１００１を製造するには、まず、内部にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等を収納していない状態の絶縁部材１００５を、弾性部材１００６を用いて、予め第１金属カバー１００３の内部に固定する。その後、絶縁部材１００５内にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等を収納する。さらに、ヒータ１０１５を検出素子１０１０の内部に挿入し、第１金属カバー１００３を主体金具１００４に固定する。
【０００８】
しかしながら、第１金属カバー１００３の内部に絶縁部材１００５が固定された状態で、この絶縁部材１００５内にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等を収納するのは作業が面倒であり、リード線１０８１等やコネクタ１０７５等を絶縁部材１００５内の適切な位置に収納することが難しい。しかも、これらが適切な位置に収納できていない場合には、上述の位置ズレが生じた場合と同様、リード線１０８１，１０９１，１１７１やコネクタ１０７５，１０７６などに不要な応力が掛かり、破断や断線等の不具合を生じる虞があった。
逆に、予め絶縁部材１００５内の適切な位置にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等を収納しておき、その後、絶縁部材１００５を第１金属カバー１００３の内部に固定することが考えられる。しかし、絶縁部材１００５内に既にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等が収納されているので、これらが無い上述の場合に比して、弾性部材１００６を第１金属カバー１００３の内部に圧入により押し込み難く、絶縁部材１００５を第１金属カバー１００３の内部に固定するのが面倒になる。
【０００９】
また、ガスセンサ１００１を製造するには、上述のように、まず、内部にリード線１０８１等を収納していない絶縁部材１００５を、弾性部材１００６により第１金属カバー１００３の内部に固定する。その後、絶縁部材１００５内にリード線１０８１等やコネクタ１０７５等を収納する。さらに、ヒータ１０１５を検出素子１０１０の内部に挿入し、第１金属カバー１００３を主体金具１００４に固定する。ところで、絶縁部材１００５に収納されたリード線１１７１等の収納状態によっては、これに接続するヒータ１０１５が絶縁部材１００５の軸線に対して傾いた状態になるのが、最も安定な場合があり得る。
【００１０】
しかしながら、この製造方法では、絶縁部材１００５が第１金属カバー１００３の内部に固定された状態で、ヒータ１０１５を検出素子１０１０の内部に挿入する。このため、挿入によって、ヒータ１０１５の傾きが強制的に変えられることになる。すると、ヒータ１０１５やその取り出し端子、リード線１１７１などに不要な応力が掛かり、破断や断線、ヒータの折損等の不具合を生じる虞があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、上述の絶縁部材と第１金属カバーのように、コネクタなどの端子部材を収納しつつこれらの間などを絶縁するセパレータを内部に収納固定する金属外筒を有するセンサにおいて、信頼性の高いセンサ、及び、信頼性が高く製造容易なセンサの製造方法を提供することを目的とする。さらには、ヒータの折損等を生じ難いセンサの製造方法を提供することを目的とする。さらに、センサの製造に適するセパレータと付勢部材の組立体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
そしてその解決手段は、センサ素子と、上記センサ素子を保持する主体金具と、上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、自身の先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、上記センサ端子部材が内部に位置し、少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁するセパレータと、を有するセンサであって、上記セパレータは、後端側部及びこの後端側部よりも先端側に位置し上記後端側部よりも大径の鍔部を有し、上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部に当接する段部または内側凸部を有し、上記セパレータの鍔部のうち上記金属外筒の段部または内側凸部に当接し後端側を向く外筒当接面と、上記金属外筒の段部または内側凸部のうち上記セパレータの鍔部の上記外筒当接面に当接する鍔部当接面とは、いずれも先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなし、上記セパレータが、後端側に付勢された状態で上記金属外筒に保持されてなるセンサである。
【００１３】
本発明のセンサでは、セパレータの鍔部は、後端側を向いて金属外筒の段部または内側凸部の当接すると共に、先端側に向かうほど径方向外側に位置する斜面、例えば先端側に向かうほど拡径するテーパ面をなす外筒当接面を有する。また、金属外筒の段部または内側凸部も、先端側を向いてセパレータの外筒当接面と当接し、先端側ほど径方向外側に位置する斜面、例えば先端側に向かうほど拡径するテーパ面、をなす鍔部当接面を有している。しかも、セパレータが後端側に付勢されている。つまり、この外筒当接面と鍔部当接面とが互いに近接する方向にセパレータが付勢されている。しかも、その状態でセパレータが金属外筒の内部に保持されている。
もし、このセンサの組み付け途中において、セパレータの軸線が金属外筒の軸線に対してズレてセットされたとしても、セパレータが後端側に付勢されると、両者の軸間のズレが少なくなるように、互いの斜面に倣ってセパレータが移動する。従って、金属外筒に対してセパレータの位置を適切に定めることができるから、セパレータ内に位置するセンサ端子部材の位置も正しく決めることができる。このため、センサ端子部材の位置や姿勢ずれにより、センサ端子部材自身やセンサ端子部材とセンサ素子との間などに応力が掛かるために生じる、センサ素子の破壊やセンサ端子部材の破断等の不具合を防止し、かつセパレータを金属外筒内において安定して固定することができ、信頼性の高いセンサとなし得る。
【００１４】
なお、このセンサにおいては、センサ素子に導通するセンサ端子部材は、１または複数有ればよい。センサ端子部材が１つ有る場合としては、一方のセンサ信号をセンサ端子部材によって出力すると共に、センサ信号の他方は主体金具や金属外筒を通じて接地電位とする場合が挙げられる。この場合には、セパレータにより、センサ端子部材と金属外筒との間の絶縁が図られることとなる。また、複数有る場合としては、＋と−のセンサ信号を出力する場合が挙げられる。この場合には、セパレータにより、センサ端子部材間の絶縁が図られることとなる。
セパレータの付勢には、セパレータを後端側に付勢するいずれの機構をも採用できる。例えば、外周に歯車状の突出する爪部を形成したリング状の金属板を金属外筒内に圧入し、爪部を金属外筒の内壁に圧接すると共に、リング状の本体部をセパレータの鍔部の先端側面に当接させて、セパレータを後端側に付勢することができる。
また、センサとしては、センサ素子や主体金具、金属外筒やセパレータなどを有するものであればいずれのものでも良いが、例えば、酸素センサやＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなどのガスセンサや温度センサ等が挙げられる。
【００１５】
さらに、上記センサであって、前記セパレータの鍔部は、前記先端側を向く先端側面を有し、上記金属外筒内に保持され、上記鍔部の先端側面に当接して、上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材であって、上記先端側面に対し径方向に見て点接触する付勢部材を備えるセンサとすると良い。
【００１６】
センサ端子部材の取付位置や形態、さらには、センサ端子部材に接続されたリード線の配置、金属外筒内を気密にするため金属外筒の後端側開口内に嵌入されるグロメットの形状やグロメット周りの金属外筒の加締めなど気密封止の形態などによっては、センサの組み付け時に、センサ端子部材やリード線などを通じて、セパレータに様々な力が働き、その姿勢を変えようとする。
しかるに、セパレータが強固に金属外筒に固定されていると、セパレータの姿勢が変わらないので、逆にセンサ端子部材やセンサ素子、リード線に応力がかかり、センサ端子部材やリード線が破断するなどの不具合を生じることがある。
【００１７】
これに対し、本発明のセンサでは、付勢部材が、例えば、リング状、各所が破断したリング状など、先端側面と径方向に見て点接触する。このため、セパレータを後端側に付勢することは同じであるが、当接箇所が幅を持ったリング状に広がっている場合に比して、センサの組み付け時にセパレータの姿勢（例えば、金属外筒の軸に対するセパレータの軸のズレ、軸の傾き、回転など）が比較的容易に変わる。このため、センサの組み付け時に、センサ端子部材、リード線などに応力がかかりにくくなる。かくして、センサ素子の割れ、センサ端子部材やリード線の破断などの不具合を防止し、信頼性の高いセンサとなし得る。
【００１８】
さらに、上記いずれかに記載のセンサであって、前記センサ素子は、先端側を閉じた筒型のガスセンサ素子であり、上記ガスセンサ素子の有底孔内に挿入されてなる棒状のヒータと、上記ヒータと電気的に導通する１または複数のヒータ端子部材と、を有し、前記セパレータは、前記センサ端子部材及び上記ヒータ端子部材の相互間を絶縁するセパレータであるセンサとすると良い。
【００１９】
本発明のセンサは、センサ素子として先端側を閉じた筒型のガスセンサ素子を用い、このガスセンサ素子の有底孔内に挿入した棒状のヒータと、このヒータと導通するヒータ端子部材を有し、セパレータは、センサ端子部材のほかヒータ端子部材の相互間を絶縁する。このようにセンサ素子のみならず、ヒータやヒータ端子部材を有するセンサ（ガスセンサ）では、セパレータの金属外筒内での位置がヒータ端子部材やヒータなどの配置や姿勢などによっても影響を受けるから、センサの組み付け途中において、セパレータの軸線が金属外筒の軸線に対してズレてセットされやすい。
【００２０】
これに対して、本発明のセンサでは、前述したように、セパレータの鍔部には、先端側に向かうほど径方向外側に位置する斜面をなす外筒当接面を備え、金属外筒の段部または内側凸部にも先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなす鍔部当接面を有している。しかも、セパレータが後端側に付勢されている。従って、前述したのと同様に、金属外筒に対してセパレータの位置を適切に定めることができるから、セパレータが保持するセンサ端子部材やヒータ端子部材の位置も正しく決めることができる。このため、センサ端子部材やヒータ端子部材の位置や姿勢ずれにより、センサ端子部材自身やセンサ端子部材とセンサ素子との間、ヒータ端子部材自身やヒータ端子部材とヒータとの間などに応力が掛かるために生じる、センサ素子の破壊やセンサ端子部材の破断、ヒータの破壊（折損）やヒータ端子部材の破断等の不具合を防止し、信頼性の高いセンサとなし得る。
【００２１】
他の解決手段は、センサ素子と、上記センサ素子を保持する主体金具と、上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、その先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、後端側に位置する後端側部、先端側に位置する先端側部、及び、上記後端側部及び先端側部の中間に位置し上記後端側部及び先端側部よりも大径であり、上記先端側部との間に先端側を向く先端側面、及び、上記後端側部との間に後端側を向く外筒当接面を有する鍔部、を含み、上記センサ端子部材が内部に位置し、少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁するセパレータと、を有し、上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部の外筒当接面に当接する鍔部当接面を有する段部または内側凸部を含み、上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材を有するセンサの製造方法であって、上記センサ端子部材が上記セパレータの内部に位置し、かつ、上記付勢部材を上記セパレータの先端側部の外周に保持し、上記セパレータの外筒当接面と上記金属外筒の鍔部当接面とが当接した状態で、上記金属外筒と上記主体金具の少なくともいずれかを互いに近づく方向に移動させて、上記金属外筒の先端部を上記主体金具に当接させる当接工程と、内部に上記センサ端子部材が位置し、その先端側部の外周に上記付勢部材を保持した上記セパレータの外筒当接面と上記金属外筒の鍔部当接面とが当接し、かつ、上記付勢部材が上記セパレータの鍔部の先端側面に当接した状態で、上記金属外筒のうち上記付勢部材の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となる変形部を成型すると共に、上記付勢部材が上記セパレータを後端側に付勢するように上記付勢部材をも変形させる変形工程と、を備えるセンサの製造方法である。
【００２２】
前述した従来技術では、絶縁部材１００５にリード線１０８１等を通さない状態で、弾性部材１００６を用いて絶縁部材１００５を第１金属カバー１００３内に組み付け固定している。このため、その後に第１金属カバー１００３内に保持された状態の絶縁部材１００５にリード線１０８１等を通し、取り出し端子１０７１等やコネクタ１０７５等を絶縁部材１００５の内部に配置する必要があり、作業が面倒である上、取り出し端子１０７１等やコネクタ１０７５等の配置がずれると、センサ組み付け時に取り出し端子等に応力が掛かりやすい。
逆に、絶縁部材１００５にリード線１０８１を通し、取り出し端子１０７１等やコネクタ１０７５等を絶縁部材１００５の内部に配置してから、この状態の絶縁部材１００５を第１金属カバー１００３内に組み付けることも考えられる。しかし、この場合には、絶縁部材１００５内に取り出し端子１０７１等やリード線１０８１などが有るため、弾性部材１００６を絶縁部材１００５と第１金属カバー１００３との間に適切に圧入するのが難しい。
【００２３】
これに対し、本発明のセンサの製造方法では、予め、セパレータ内部にセンサ端子部材を位置させ、その先端側部に付勢部材を装着保持したセパレータを用意しておく。その後、当接工程と変形工程をいずれかを先に残りを後にして行う。ここで当接工程は、このセパレータの鍔部と金属外筒の段部または内側凸部とが当接した状態で、金属外筒または主体金具の少なくともいずれかを互いに近づく方向に移動させて、金属外筒の先端部を主体金具に当接させる。一方、変形工程は、セパレータの鍔部と金属外筒の段部または内側凸部とが当接した状態で、変形部を成型すると共に付勢部材も変形させて、付勢部材でセパレータを後端側に付勢し、セパレータの鍔部と金属外筒の段部または内側凸部とを密着させる。このようにすれば、セパレータの内部にセンサ端子部材を配置するのに、金属外筒が邪魔にならず容易に行える。しかも、上記した従来技術のように、金属外筒の先端部を主体金具に当接させる前に、金属外筒の内部に弾性部材を圧入しておく必要が無い。つまり、セパレータの固定は金属外筒と主体金具とを当接させた前でも後でも良い。しかも金属外筒の外側から変形部を成形すれば、セパレータを後端側に付勢することができるから、セパレータ内に配置したセンサ端子部材などの影響を受けず、容易に行うことができる。
さらに、金属外筒の先端部を主体金具に当接させるので、主体金具に対する金属外筒やセパレータの前後方向の位置を定めることができる。
【００２４】
なお、当接させた金属外筒の先端部と主体金具とは、カシメ加工やレーザ溶接によって接続することができる。また、カシメ加工によって、金属外筒の先端部と主体金具とを仮止めし、変形工程などを経た後に、レーザ溶接によって両者を接続することもできる。あるいは、金属外筒の先端部を主体金具に押しつけたまま、仮止めや溶接なしに工程を進め、変形工程で付勢部材を変形させるなどしてから、レーザ溶接などより、金属外筒の先端部と主体金具とを接続することもできる。
【００２５】
また、上記センサの製造方法であって、前記セパレータの鍔部のうち前記外筒当接面と、前記金属外筒の段部または内側凸部のうち前記鍔部当接面とは、いずれも先端側に向かうほど径方向外側に位置する斜面をなすセンサの製造方法とすると良い。
【００２６】
本発明のセンサの製造方法では、外筒当接面と鍔部当接面とは、いずれも先端側に向かうほど径方向外側に位置する斜面をなしている。このため、変形工程において、付勢部材によってセパレータを後端側に押圧すると、セパレータの軸線が金属外筒の軸線に一致する方向に、斜面に倣ってセパレータが移動するから、金属外筒に対してセパレータの位置を適切に定めることができる。従って、金属外筒に対してセパレータの位置を適切に定めることができるから、セパレータが保持するセンサ端子部材の位置も正しく決めることができる。このため、センサ端子部材の位置や姿勢ずれにより、センサ端子部材自身やセンサ端子部材とセンサ素子との間などに応力が掛かるために生じる、センサ素子の破壊やセンサ端子部材の破断等の不具合を防止し、かつセパレータを金属外筒内において安定して固定することができ、信頼性の高いセンサとなし得る。
【００２７】
また、上記いずれかに記載のセンサの製造方法であって、前記付勢部材は、その内径が前記セパレータの先端側部の外径より大径で、その外径が前記金属外筒の内径よりも小さい金属筒部と、上記金属筒部を上記セパレータの先端側部に装着したとき、上記金属筒部の内側において、弾性的に上記セパレータの先端側部に当接して、上記金属筒部を上記セパレータに保持する弾性保持部と、を有し、前記変形工程における上記金属外筒の変形部の成型と共に上記金属筒部の後端で上記セパレータの鍔部の先端側面を後端側に付勢するセンサの製造方法とすると良い。
【００２８】
本発明のセンサの製造方法では、金属筒部と弾性保持部を持つ簡単な構造の付勢部材を用いた。この付勢部材はセパレータの先端側部へ容易に装着できる。また、安価にできる。しかも、金属外筒に変形部を形成すると、金属筒部のうちこれに伴って変形する部分より後端側の部分が、若干後端側に移動する。このため、セパレータの鍔部の先端側面を金属筒部の後端が後端側に押圧して付勢する。つまり、セパレータの鍔部の先端側面において、この付勢部材との当接箇所がリング状に存在することとなり、径方向に見ると互いに点接触することになる。このため、センサ組み付け時に、セパレータを後端側に付勢することは同じであるが、当接箇所が幅のあるリング状に広がっている場合に比して、セパレータの姿勢（例えば、金属外筒の軸に対するセパレータの軸のズレ、軸の傾き、回転など）を比較的容易に変えることができる。このため、センサの組付け時にセパレータが姿勢を変えることで、センサ端子部材、リード線などに応力がかかりにくくなる。かくして、センサ端子部材やリード線の破断などの不具合を防止し、信頼性の高いセンサとなし得る。
【００２９】
さらに、上記センサの製造方法であって、前記付勢部材の前記弾性保持部は、前記金属筒部の周方向に等間隔で３箇所以上形成されてなるセンサの製造方法とするのが好ましい。
付勢部材の弾性保持部が周方向等間隔に３箇所以上に形成されているため、セパレータの鍔部の先端側面を、適切に後端側に押圧することができる。
【００３０】
さらに、上記センサの製造方法であって、前記付勢部材の金属筒部は、径方向の内側または外側に湾曲する後端部を有するセンサの製造方法とすると良い。
【００３１】
金属筒部の後端は、セパレータの鍔部の先端側面と当接する。このため、セパレータが姿勢を変える場合に、セパレータの先端側面と金属筒部の後端の端面との間に摩擦が生じて、セパレータの姿勢変更を妨げがちである。本発明では、金属筒部の後端部を内側または外側に湾曲する形状としたので、セパレータの先端面と、湾曲した後端部が当接する。このため、セパレータの先端側面との摩擦を減少させることができるから、セパレータの姿勢変更がより容易になる。
【００３２】
さらに、上記いずれか１項に記載のセンサの製造方法であって、前記付勢部材の前記弾性保持部は、前記金属筒部の後端に位置し、径方向内側に延びると共に徐々に方向転換して先端側に延びて略Ｊ字状に湾曲してなるＪ型弾性保持部であるセンサの製造方法とすると良い。
【００３３】
本発明のセンサの製造方法では、弾性保持部が略Ｊ字状のＪ型弾性保持部である付勢部材をもちいる。弾性保持部をＪ型弾性保持部とすると、湾曲部分の半径や幅などの調整により適切な弾性を容易に得ることができる。
【００３４】
また、上記いずれか１項に記載のセンサの製造方法であって、前記セパレータの鍔部は、前記セパレータの外筒当接面と前記金属外筒の鍔部当接面とが当接した状態において、上記金属外筒のうちこの鍔部の周囲部分よりも小径であり、前記付勢部材の金属筒部のうち、前記変形工程で形成された前記金属筒部の変形部よりも後端側に位置する部分は、上記金属外筒のうちこの部分の周囲部分よりも小径でありかつ上記鍔部よりも大径であるセンサの製造方法とするのが好ましい。
このセンサの製造方法によれば、金属外筒のうち、鍔部の周囲部分やこれと変形部との間の部分に石などが当たって、金属外筒が大きく凹んだ場合でも、凹んだ金属外筒が鍔部に当たる前に、鍔部より大径の金属筒部の一部が、先に金属外筒に当たって衝撃を吸収する。このため、凹んだ金属外筒が鍔部に激しく衝突し、鍔部を含むセパレータが割れるなどの破損が防止できる。
【００３５】
あるいは、前記センサの製造方法であって、前記付勢部材は、内径が前記セパレータの先端側部の外径より小径で、上記セパレータの先端側部に装着したとき、その外径が前記金属外筒の内径よりも小さい円筒状ゴム部材であり、前記変形工程における上記金属外筒の変形部の成型と共に、変形して上記セパレータの鍔部の先端側面を後端側に付勢するセンサの製造方法とするのが好ましい。
このセンサの製造方法では、付勢部材として円筒状ゴム部材を用いるので、取り扱いが容易である。
【００３６】
さらに、上記いずれか１項に記載のセンサの製造方法であって、前記センサ素子は、先端側を閉じた筒型のガスセンサ素子であり、上記ガスセンサ素子の有底孔内に挿入されてなる棒状のヒータと、上記ヒータと電気的に導通する１または複数のヒータ端子部材と、を有し、前記セパレータは、上記センサ端子部材及びヒータ端子部材の相互間の絶縁を保持し、前記当接工程は、上記セパレータが前記金属外筒内に遊挿された状態で、上記金属外筒と前記主体金具との少なくともいずれかを互いに近づく方向に移動させて、上記金属外筒の先端部を前記主体金具に当接させると共に、上記主体金具に保持された上記ガスセンサ素子内に上記ヒータを挿入し、前記変形工程は、上記当接工程の後に行うセンサの製造方法とすると良い。
【００３７】
本発明のセンサの製造方法では、センサ素子として先端側が閉じた筒型のガスセンサ素子を用い、ヒータを備えており、当接工程で、金属外筒の先端部を主体金属に当接させるだけでなく、ヒータをガスセンサ素子に挿入する。
ここでもし、当接工程に先立って変形工程を行ったとすると、セパレータが金属外筒に対して固定されるため、ヒータ接続端子のセパレータ内の配置のズレなどにより、ヒータがガスセンサ素子の有底孔に大きく傾いて挿入された場合などに、ヒータに応力が掛かり折損したり、ヒータとヒータ接続端子との接続部分が破断するなどの不具合を生じることがある。
これに対し本発明の製造方法では、当接工程においてヒータをガスセンサ素子内に挿入した後に変形工程を行う。そして当接工程においては、セパレータは金属外筒に対して遊挿された状態としているから、ヒータの挿入に伴ってヒータやヒータ端子部材などに応力が掛かると、これを小さくするように、セパレータの位置や軸の傾きなどが調整される。その後、変形工程でセパレータが金属外筒に付勢部材で付勢されて固定されるので、ヒータやヒータ端子部材に生じる応力が少なく、ヒータの折損や破断等の不具合を生じ難く、信頼性の高いセンサ（ガスセンサ）となす事ができる。なお、ヒータとしては、断面円形状、断面四角形状などの棒状ヒータを挙げることができる
【００３８】
さらに、上記センサの製造方法であって、前記当接工程は、前記金属外筒の先端部よりも先端側に突出する前記ヒータの先端を前記ガスセンサ素子の後端側開口内に導くように位置決めして挿入する挿入位置決め工程を含むセンサの製造方法とすると良い。
【００３９】
本発明のセンサの製造方法では、当接工程は挿入位置決め工程を含み、ヒータの先端をガスセンサ素子の後端側開口内に導くので、ヒータの挿入が容易であり、ヒータの先端がガスセンサ素子の後端部に当接して、ヒータが折損するなどの不具合も解消できる。
【００４０】
さらに、上記センサの製造方法であって、挿入位置決め工程は、チャック装置により、前記ヒータのうち前記金属外筒の先端部よりも先端側に突出する部分の一部を把持して、上記ヒータの先端の位置を調整して行うセンサの製造方法とすると良い。
【００４１】
このセンサの製造方法では、挿入位置決め工程で、チャック装置によってヒータの先端を導くので、容易で確実にヒータの先端をガスセンサ素子の後端開口に挿入することができる。
【００４２】
さらに他の解決手段は、センサ素子と、上記センサ素子を保持する主体金具と、上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、自身の先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、後端側に位置する後端側部、先端側に位置する先端側部、及び、上記後端側部及び先端側部の中間に位置し上記後端側部及び先端側部よりも大径であり、上記先端側部との間に先端側を向く先端側面、及び、上記後端側部との間に後端側を向く外筒当接面を有する鍔部、を含み、上記センサ端子部材が内部に位置し、少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁するセパレータと、を有し、上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部の外筒当接面に当接する鍔部当接面を有する段部または内側凸部を含み、上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材を有するセンサに用いるセパレータと付勢部材の組立体であって、上記付勢部材は、その内径が前記セパレータの先端側部の外径より大径で、その外径が前記金属外筒の内径よりも小さい金属筒部と、上記金属筒部の内側に配置された弾性保持部とを有し、上記セパレータの先端側部に、上記弾性保持部が弾性的に当接して、上記付勢部材が上記セパレータに保持されてなるセパレータと付勢部材の組立体である。
【００４３】
本発明の組立体は、セパレータに付勢部材が自身の弾性力によって保持されている。このため、センサの製造に際して、この組立体を用いれば、セパレータと付勢部材とを別に組み付ける場合に比して、手間が掛からず、安価に製造することが可能となる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図２〜図１４を参照して説明する。図２は本実施形態にかかり酸素センサ１の内部構造を示す説明図である。酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の酸素センサ素子２と、酸素センサ素子２の有底孔２ａに挿入されたヒータ１５とを備える。酸素センサ素子２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質により中空軸状に形成されている。
なお、このような固体電解質としては、Ｙ２Ｏ３ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ２が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希土類金属の酸化物とＺｒＯ２との固溶体を使用してもよい。さらには、ベースとなるＺｒＯ２にはＨｆＯ２が含有されていてもよい。
【００４５】
この酸素センサ素子２の有底孔２ａの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成されたセンサ内部電極層２ｃが、形成されている。一方、酸素センサ素子２の外面のうち先端部には同様な多孔質のセンサ外部電極層２ｂがそれぞれ設けられている（図４参照）。また、この酸素センサ素子２の軸方向の中間部には、径方向外側に突出する係合フランジ部２ｓが設けられている。絶縁性セラミックからなるインシュレータ５，７及びタルクから形成されたセラミック粉末６によって係合フランジ部２ｓが係合保持されることにより、酸素センサ素子２は中心にこの酸素センサ素子２を挿通する挿通孔を有する筒状の主体金具３に気密に保持されている。なお、本明細書において、酸素センサ素子２の軸に沿う方向（図２中、上下方向）のうち、先端部（閉じている側、図２中下方）に向かう側を「先端側」とし、これと反対方向（図２中上方）に向かう側を「後端側」ということとする。
【００４６】
主体金具３は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部３ｂや六角部３ｃを有し、プロテクタ４がプロテクタ接続部３ａにレーザ溶接で接続されている。このプロテクタ４は、主体金具３の先端側開口部から突出する酸素センサ素子２の先端部を覆うように取り付けられている。この酸素センサ１はねじ部３ｂより先端側が排気管等のエンジン内に位置し、それより後端側は外部の大気中に位置して使用される。プロテクタ４には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口が形成されている。
【００４７】
一方、主体金具３の後端部３ｅは、インシュレータ７との間にリングパッキン９を介して加締められて気密保持されている。また六角部３ｃの後端側の接続部３ｄには、筒状の金属外筒２１の先端部２２ａが外側からレーザ溶接により固着されている。また、この金属外筒２１の後端側開口部にはゴム等で構成されたグロメット５１を嵌入させて加締めることにより封止されている。グロメット５１の中心部には、大気を金属外筒２１内に導入する一方、水分の進入を防ぐフィルタ部材５２が配置されている。またこのグロメット５１の先端側には、絶縁性のアルミナセラミックからなるセパレータ３１が設けられている。そして、セパレータ３１及びグロメット５１を貫通してセンサ出力リード線１３，１４及びヒータリード線１８，１９が配置されている（図２、図４参照）。
【００４８】
図３に示すこのセパレータ３１は、その側面図（図３（ａ）参照）に示すように、後端側部３２、先端側部３３、及びこれらの間に位置し、これらよりも大径の鍔部３４とを有する。鍔部３４のうち、後端側部３２との間には、先端側（図中下方）ほど拡径してテーパ面をなす外筒当接面３４ａが形成されている。一方、先端側部３３との間は、階段状の段差をなす先端側面３４ｂが形成されている。また、このセパレータ３１には、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、各リード線１３，１４，１８，１９を挿通するためのリード線挿通孔３１ａ，３１ｂが軸方向に貫通して形成されている。また、後端側の端面には、通気溝３１ｃが４個のリード線挿通孔３１ａ，３１ｂと干渉しない位置に十字形態で軸線と直交する方向に形成されている。また、セパレータ３１の先端面に開口する有底状の保持孔３１ｄが軸線方向に形成されている。
【００４９】
図２及び図４に示すように、この保持孔３１ｄ及びリード線挿入孔３１ａ，３１ｂには、各リード線１３，１４，１８，１９が挿通され、第１，第２センサ端子金具１１，１２のコネクタ部１１ａ，１２ａ、及びヒータ端子部材１６，１７が互いに絶縁されつつセパレータ３１内に保持される。
なお、図３（ｄ）に示すように、保持孔３１ｄの底面３１ｅはセパレータ３１の軸線方向中間部に位置している。ヒータ１５の後端部１５ｃは、セパレータ３１の軸線方向先端側から保持孔３１ｄに挿入され、ヒータ１５の後端面１５ｄが保持孔３１ｄの底面３１ｅに当接することでセパレータ３１に対するヒータ１５の軸線方向の位置決めがなされる。
【００５０】
図４に示すように、第１センサ端子金具１１は、一体に成形されたコネクタ部１１ａ、セパレータ当接部１１ｂ、挿入部１１ｃを有する。このうち、コネクタ部１１ａは、センサ出力リード線１３の芯線を把持して、第１センサ端子金具１１とセンサ出力リード線１３とを電気的に接続する。また、セパレータ当接部１１ｂは、セパレータ３１の保持孔３１ｄに弾性的に当接して（図２参照）、第１センサ端子金具１１をセパレータ３１内に保持する。また、挿入部１１ｃは、酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に挿入されて、センサ内部電極層２ｃと導通する。また、この挿入部１１ｃは、下方押圧部１１ｄ及び上方押圧部１１ｅを含み、この挿入部１１ｃが酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に挿入されることにより、挿入部１１ｃが包囲するヒータ１５を押圧して、ヒータ１５の軸線が酸素センサ素子２の中心軸線に対して偏心して、発熱部１５ａが酸素センサ素子２の有底孔２ａの内壁（センサ内側電極層２ｃ）に接触するように、ヒータ１５の姿勢を調整する。また、挿入部１１ｃの後端側には、挿入部１１ｃが酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に没入するのを防ぐため、鍔部１１ｇが設けられている。
なお、ヒータ１５に形成される発熱部１５ａが偏心して、酸素センサ素子２の有底孔２ａの内壁に接することで、より小さな容積に熱エネルギーを集中することになり、酸素センサ１の活性化時間を短縮する上で効果的である。
【００５１】
一方、第２センサ端子金具１２は、一体に形成されたコネクタ部１２ａ、セパレータ当接部１２ｂ、把持部１２ｃを有する。このうち、コネクタ部１２ａは、センサ出力リード線１４の芯線を把持して、第２センサ端子金具１２とセンサ出力リード線１４を電気的に接続する。また、セパレータ当接部１２ｂは、セパレータ３１の保持孔３１ｄに弾性的に当接して（図２参照）、第２センサ端子金具１２をセパレータ３１内に保持する。また、把持部１２ｃは、酸素センサ素子２の後端付近の外周を把持する。
ここで、酸素センサ素子２は、図４に示すように、後端部に形成され、引き出し層２ｄを通じてセンサ外部電極層２ｂに導通する接続層２ｆを有する。把持部１２ｃは、この接続層２ｆと導通することにより、センサ外部電極層２ｂとも導通する。また、把持部１２ｃの先端側には、把持部１２ｃ内にガスセンサ素子２の後端部を挿入しやすくするため、鍔部１２ｆが設けられている。なお、引き出し層２ｄ及び接続層２ｆは、焼き付けにより形成されている。
【００５２】
また、図２及び図４に示すように、ヒータ１５は棒状のセラミックヒータであり、アルミナを主とする芯材に抵抗発熱体（図示せず）を有する発熱部１５ａが形成されている。電極パッド１５ｅ，１５ｆにろう付け接続されるヒータ端子金具１６，１７及びヒータリード線１８，１９と通じて、このヒータ１５に通電すると、酸素センサ素子２の先端部が加熱される。ヒータ端子金具１７には、ヒータリード線１８の芯線を把持して、このヒータ端子金具１７とヒータリード線１８を電気的に接続するコネクタ部１７ａを有している。なお、図４には示さないが、ヒータ端子金具１６も同様にコネクタ部によりヒータリード線１９の芯線を把持するコネクタ部を有している。
【００５３】
金属外筒２１（図５参照）は、金属製で略円筒形状を成し、先端側（図中下側）に位置し、上述したようにその先端側の先端部２２ａが主体金具３と接合される第１外筒部２２と、これよりも後端側に位置し第１外筒部よりも小径の第２外筒部２３とを有している。この第２外筒部２３の軸方向中間部分には、周方向に均等に４箇所、径方向内側に凸部頂面２４ａが四角形状となって突出する内側凸部２４が形成されている。この内側凸部２４のうち、この凸部頂面２４ａより先端側には、斜面をなす鍔部当接面２４ｂが形成されている。この鍔部当接面２４ｂは、図２に示すように、セパレータ３１の外筒当接面３４ａと当接する。
【００５４】
さらに、図２に示すように、セパレータ３１の先端側部３３の周囲には、付勢金具４１が装着されている。この付勢金具４１は、図６に示すように、円筒状の金属筒部４２のほか、この金属筒部４２の後端部４２ａに、金属筒部４２と一体に形成されたＪ型弾性保持部４３及び筒部延在部４４を有する。このＪ型弾性保持部４３は、周方向に等間隔に４箇所点在しており、径方向内側に延びると共に徐々に方向転換して先端側に延びて略Ｊ字状に湾曲してなる。このＪ型弾性保持部４３は、付勢金具４１をセパレータ３１の先端側部３３に装着すると、弾性変形して付勢金具４１を先端側部３３に保持する（図７参照）。保持の強さは、Ｊ型弾性保持部４３の幅や形状等によって調整することができる。また、筒部延在部４４は、Ｊ型弾性保持部４３同士の間に形成され、Ｊ型弾性保持部４３と同様に内側にＪ字状に湾曲している。但し、Ｊ型弾性保持部４３の方が、筒部延在部４４より径方向内側に突出するように、曲率が調整されている。そして後述するようにして、金属外筒２１の第２外筒部２３に変形部２３ｂを成形するのに伴って、金属筒部４２にも変形部４２ａを形成することにより、金属筒部４２でセパレータ３１の先端側面３４ｂを、従って、セパレータ３１を後端側に付勢する。なお、このように金属筒部４２の後端部４２ａに湾曲した筒状延在部４４やＪ型弾性保持部４３を設けたため、後述するように、酸素センサ１を製造するに当たり、セパレータ３１の先端側面３４ｂに当接した場合に、セパレータ３１の姿勢変化を妨げにくくなっている。
【００５５】
この酸素センサ１は、以下のようにして製造される。予め、第１，第２センサ端子金具１１，１２のコネクタ部１１ａ，１２ａにそれぞれセンサ出力リード１３，１４を接続し、ヒータ端子金具１６，１７のコネクタ部１７ａ等にヒータリード線１８，１９を接続しておく。そして、図４の右下に示すように、ヒータ１５を第１センサ端子金具１１の挿入部１１ｃ内に位置させた状態で、各リード線１３，１４，１８，１９をセパレータ３１の保持孔３１ｄ及びリード線挿通孔３１ａ，３１ｂに挿通する。そして、図７に示すように、保持孔３１ｄ内に、第１，第２センサ端子金具１１，１２の一部、ヒータ端子金具１６，１７の全体、及びヒータ１５の後端部１５ｃが互いに絶縁して保持された状態としておく。また、図９（ｂ）に示すように、セパレータ３１の先端側部３３の外周に、Ｊ型弾性保持部４３の当接部４３ａ（金属筒部４２の後端部４２ｂ）が鍔部３４の先端側面３４ｂに当接するようにして、付勢金具４１を装着して、組立体３９（図７参照）としておく。本実施形態では、予め組立体３９としてセパレータ３１と付勢金具４１とを一体に扱えるようにしているので、以下に説明する工程において、セパレータ３１と付勢金具４１との取り扱いが容易である。
なお、図４の左下部には、酸素センサ素子２と第２センサ端子金具１２とが接続されている状態を示しているが、後述するようにして、酸素センサ素子２と第２センサ端子金具１２とは接続されるのであり、この段階では、第２センサ端子金具１２は酸素センサ素子２と接続していない。
このように、内部にリード線１３等を挿通し、第１センサ端子金具１１等を保持したセパレータ３１を、金属外筒２１に遊挿し、各リード線１３等をグロメット５１に挿通する。
【００５６】
図８に示すように、予め主体金具に３に酸素センサ素子２を固着し、また、主体金具３にプロテクタ４を溶接しておく。
酸素センサ素子２の軸線と、金属外筒２１の軸線が一致するように両者の位置を調整し、以下の当接工程を行う。即ち、金属外筒２１を先端側（図中下方）に移動させ、セパレータ３１の外筒当接面３４ａと金属外筒２１の鍔部当接面２４ｂとが当接し、かつセパレータ３１が金属外筒２１に遊挿された状態とし、金属外筒２１の後端部にグロメット５１を嵌め込む。さらに、金属外筒２１を先端側（図中下方）に移動させる。そして、ヒータ１５が酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に挿入され、金属外筒２１の先端部２２ａが主体金具３の六角部３ｃに当接するまで金属外筒２１を先端側に移動させる。なお、酸素センサ素子２や主体金具３と、金属外筒２１やヒータ１５，セパレータ３１とを相対的に近づける方向に移動させればよく、上記とは逆に、酸素センサ素子２や主体金具３を後端側（図中上方）に移動させても良い。
【００５７】
これにより、ヒータ１５と共に第１センサ端子金具１１の挿入部１１ｃも酸素センサ素子２の有底孔２ａに挿入され、センサ内側電極層２ｃと導通する。また、挿入部１１ｃが酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に挿入されることにより、ヒータ１５の軸線が酸素センサ素子２の軸線に対して傾きかつ偏心して、ヒータ１５の発熱部１５ａが有底孔２ａの内壁に接するようにするように調整される。また、第２センサ端子金具１２の把持部１２ｃが酸素センサ素子２の後端部分を把持し、接続層２ｆと導通する。
特に、本実施形態では、セパレータ３１の保持孔３１ｄの底面３１ｅで、ヒータ１５の後端面１５ｄを押して、ヒータ１５を酸素センサ素子２の有底孔２ａ内に挿入する。そしてこのセパレータ３１は、金属外筒２１に押されて移動している。このため、金属外筒２１の先端部２２ａが主体金具３の六角部３ｃに当接するまで金属外筒２１を先端側に移動させることで、ヒータ１５の酸素センサ素子２の有底孔２ａへの挿入深さが、金属外筒２１，セパレータ３１及びヒータ１５の寸法で一意に決められるため、挿入深さの調節が不要である。
【００５８】
さらに、セパレータ３１に外筒当接面３４ａを設け、金属外筒２１に鍔部当接面２４ｂを設けたため、この当接工程では、以下の利点が得られる。図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、本実施形態と異なり、セパレータＳＰの鍔部ＳＰＴにテーパ面を設けないで、階段状の後端側面ＳＰＴａを形成する一方、金属外筒ＧＴの段部ＧＴＤにも階段状の先端側面ＧＴＤａを設けた場合を示す説明図である。なお、セパレータＳＰ内にはリード線やヒータが保持されているが、図示を省略している。
【００５９】
セパレータＳＰの鍔部ＳＰＴの外径は金属外筒の内径より小さいから、セパレータＳＰは金属外筒ＧＴの軸ＧＴｘに対して、その軸ＳＰｘがずれるように配置されることが許容される。しかるに、この状態で、金属外筒ＧＴを先端側（図中下方）に移動させ、図示しないヒータを酸素センサ素子内に挿入しても、両者の軸ＧＴｘとＳＰｘとが一致させる力は働かない。むしろ、セパレータＳＰの後端側面ＳＰＴａと金属外筒ＧＴの先端側面ＧＴＤａとの間の摩擦により、セパレータＳＰの移動が阻止される。すると、セパレータＳＰの軸ＳＰｘが金属外筒ＧＴの軸ＧＴｘに対してずれたまま、従って、セパレータＳＰの軸ＳＰｘが酸素センサ素子の軸ともずれたまま、ヒータが酸素センサ素子の有底孔内に挿入されることとなる。このため、ヒータと第１センサ端子金具が酸素センサ素子の有底孔内へ挿入され、第２センサ端子金具が酸素センサ素子を把持すると、セパレータＳＰの位置ズレにより、ヒータや第１，第２センサ端子金具、ヒータ端子金具とセパレータとの間に応力が発生した状態で、酸素センサが製造されることとなる。すると極端な場合には、この応力により各端子金具が破断したり、酸素センサ素子が破壊したり、ヒータが折損したり、ヒータとヒータ端子金具との間のロウ付け部分が破損したりする不具合を生じる可能性がある。
【００６０】
これに対し、図９（ｂ）に示す本実施形態の場合には、セパレータ３１に斜面を成す外筒当接面３４ａを設け、金属外筒２１にも斜面をなす鍔部当接面２４ｂを設けた。このため、金属外筒２１を先端側（図中下方）に移動させ、ヒータ１５や第１センサ端子金具１１の挿入部１１ｃが酸素センサ素子２の有底孔２ａの挿入され、あるいは第２センサ端子金具１２の把持部１２ｃに酸素センサ素子２が挿入されると、これらの間に生じる摩擦抵抗により、セパレータ３１に外筒当接面３４ａが金属外筒２１の鍔部当接面２４ｂに押しつけられる。すると、セパレータ３１の軸３１ｘが金属外筒２１の軸２１ｘに一致するようにセパレータ３１が移動する。このため、上述のような、セパレータの位置ズレに伴う応力がヒータ１５や第１，第２センサ端子金具１１，１２，ヒータ端子金具１６，１７に発生することが解消あるいは軽減される。このため、各端子金具やヒータ、酸素センサ素子の破損や折損が防止され、信頼性の高い酸素センサ１とすることができる。
【００６１】
また、前述した従来技術では、絶縁部材１００５が弾性部材１００６によって第１金属カバー１００３に固定されていた（図１参照）。これとは異なり、ヒータ１５を酸素センサ素子２内に挿入するこの当接工程においては、このセパレータ３１は、金属外筒２１に固定されず遊挿された状態にある。このため、ヒータ１５や第１センサ端子金具１１を酸素センサ素子２の有底孔２ａ内へ挿入し、第２センサ端子金具１２で酸素センサ素子２を把持する際に、これらの部材が摩擦抵抗などを受け、これがセパレータ３１に伝わっても、セパレータ３１が適宜傾くなど移動することが可能である。このため、ヒータ１５や各端子金具１１，１２，１６，１７とセパレータ３１との間に応力が生じ難く、この点でも、ヒータや各端子金具の破損を防止できる。
【００６２】
なお、この当接工程においては、図８に示すように、その当初において、ヒータ１５のうち、金属外筒２１から突出している部分をチャック機構ＣＨで把持し、その先端１５ｂの位置を調整して、酸素センサ素子２の後端側開口２ｈ内に挿入できるように導く挿入位置決め工程を含むようにすると良い。このようにすると、寸法公差やヒータ端子金具１６，１７の曲がりなどの影響で、ヒータ１５の先端１５ｂの位置が所定の位置からずれていた場合でも、確実にヒータ１５を有底孔２ａに挿入できる。なお、ヒータ１５の先端１５ｂが後端側開口２ｈ内に挿入できた後には、チャック機構ＣＨを解除する。
【００６３】
その後、図１０に示すように、主体金具３の接続部３ｅとこの外周側に位置する金属外筒２１の先端部２２ａとを、金属外筒２１を先端側に押圧しながら、加締め治具ＣＬ１によって加締めて仮接続する。
【００６４】
さらに、図１１，図１２に示すように変形工程において、金属外筒２１を押圧治具ＰＵを用いて変形させると共に、その内部に位置する付勢金具４１をも変形させることで、セパレータ３１を金属外筒２１内に固定する。図１２（ａ）に、変形前の金属外筒２１、セパレータ３１、及び付勢金具４１の状態を示す。前述したように、セパレータ３１の鍔部３４のうちテーパ面となっている外筒当接面３４ａと、金属外筒２１の内側凸部２４のうち斜面を形成する鍔部当接面２４ｂとが互いに当接し、付勢金具４１のＪ型弾性保持部４３の当接部４３ａ（金属筒部４２の後端部４２ｂ）が鍔部３４の先端側面３４ｂに当接した状態となっている。
【００６５】
そこで、この変形工程では、金属外筒２１の第２外筒部２３のうち、付勢金具４１の外側に位置する付勢金具周囲部２３ａの一部を変形させる。具体的には、付勢金具周囲部２３ａの一部を押圧治具ＰＵを用いて縮径するように押圧して、図１２（ｂ）に示すように、変形部２３ｂを環状に形成する。これに伴い、付勢金具４１の金属筒部４２の一部も縮径するように変形して変形部４２ａが形成される。これにより、金属外筒２１の変形部２３ｂと付勢金具４１の変形部４２ａとが密着し、金属外筒２１に付勢金具４１が保持、固定される。
【００６６】
さらにこのようにして付勢金具４１に変形部４２ａを形成することで、金属筒部４２のうちこの変形部４２ａよりも後端側（図中上方）の部分は若干後端側に移動する。このため、湾曲した金属筒部４２の後端部４２ｂで、セパレータ３１の鍔部３４を後端側（図中上方）に付勢することとなる。かくして、鍔部３４が金属筒部と鍔部当接面２４ｂとの間に挟まれて、セパレータ３１が金属外筒２１に固定される。しかも、鍔部３４の外筒当接面３４ａが金属外筒２１の鍔部当接面２４ｂに押しつけられるように付勢されることとなるため、何らかの理由でセパレータ３１の軸３１ｘが金属外筒２１の軸２１ｘとずれていたとしても、この変形工程により、セパレータ３１の軸３１ｘが金属外筒２１の軸２１ｘと一致するように、セパレータ３１が移動させられ、固定される。
【００６７】
特に、この付勢金具４１には、Ｊ型弾性保持部４３や筒部延在部４４を備えているため、先端側面３４ｂと付勢金具４１（Ｊ型弾性保持部４３および筒部延在部４４）との当接箇所が、幅のごく細い破断したリング状になる。すると、当接箇所が幅広のリング状に広がっている場合に比して、セパレータ３１の姿勢（例えば、金属外筒２１の軸２１ｘに対するセパレータ３１の軸３１ｘのズレ、軸３１ｘの傾き、回転など）を比較的容易に変えられる。
従って、この変形工程によっても、セパレータ３１の位置ズレによって、応力がヒータ１５や第１，第２センサ端子金具１１，１２，ヒータ端子金具１６，１７に発生することが解消されあるいは軽減される。このため、各端子金具やヒータの破損や折損が防止され、信頼性の高い酸素センサ１とすることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、付勢金具４１を用いたことにより、ヒータ１５を酸素センサ素子２の有底孔２ａに挿入し、酸素センサ素子２と第１，第２センサ端子金具１１，１２と電気的に接続し、金属外筒２１を主体金具３に当接させた後に、金属外筒２１を変形させてセパレータ２１を固定した。
先に変形工程を行ってから当接工程を行う場合、既にセパレータ３１が金属外筒２１に固定された状態で当接工程が行われる。このため、当接工程で、第１，第２センサ端子金具１１，１２やヒータ端子金具１６，１７のセパレータ３１内の配置のズレや変形などにより、第１，第２センサ端子金具１１，１２やヒータ端子金具１６，１７、ヒータ１５などに応力が掛かっても、セパレータ３１が固定されて適切に移動できないため、第１，第２センサ端子金具１１，１２が破断したり、ヒータ１５が折損したり、ヒータ１５の電極パッド１５ｅ，１５ｆとヒータ端子金具１６，１７との間の接続が破壊するなどの不具合を生じることがある。
これに対し本実施形態のように、当接工程を先に行い、変形工程を後に行うことで、当接工程において、第１，第２センサ端子金具１１，１２やヒータ端子金具１６，１７、ヒータ１５などに応力が掛かっても、遊挿状態にあるセパレータ３１が適切に移動して、応力を解消あるいは軽減するので、ヒータの折損や各端子金具の破断等の不具合を生じ難い。
【００６９】
次いで、図１３に示すように、金属外筒２１の第２外筒部２３のうち、グロメット５１の周囲に位置する部分を加締め治具ＣＬ２によって加締め、金属外筒２１及び各リード線１３等を気密に封止する。
さらに、図１４に示すように、既に仮接続した主体金具３の接続部３ｄと金属外筒２１の先端部２２ａとをレーザ溶接により気密に接続するして、酸素センサ１を完成させる。
【００７０】
なお、本実施形態の酸素センサ２では、図１２（ｂ）に示すように、セパレータ３１の鍔部３４と、金属外筒２１のうちこの鍔部３４の周囲に位置する鍔部周囲部２３ｃの間には隙間が形成される。ところで、付勢金具４１の金属筒部４２の外径ｄ２（＝１４ｍｍφ）は、鍔部３４の外径ｄ１（＝１３．４ｍｍφ）よりも若干大きくしてある。このため、この酸素センサ１を自動車に装着して使用していた場合に、石はねにより金属外筒２１のうち鍔部周囲部２３ｃに石が衝突して金属外筒２１が大きく凹んだ場合、凹んだ金属外筒２１は、セラミックからなる鍔部３４に衝突する前に、付勢金具４１の金属筒部４２に衝突するので、衝突が緩衝され、この部分に石が当たることによってセパレータ３１が割れたり欠けたりする不具合を防止することができる。
【００７１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、金属外筒２１の周方向に４ヶ所、内側凸部２４を設けた例を示したが、最低３ヶ所あれば足りる。一方、金属外筒の周方向全周にわたって斜面が形成されるように段部を設けることもできる。
また、上記実施形態では、付勢金具４１として、金属筒部４２の後端にＪ型弾性保持部４３を周方向に４ヶ所形成した例を示したが、３ヶ所以上等間隔に形成すればよい。またＪ型弾性保持部に代えて、金属筒部４２の後端から径方向内側に延び、さらに折れ曲がって先端側に延びるＬ型弾性保持部を有する付勢金具を用いることもできる。あるいは、付勢金具に代えて、内径がセパレータ３１の先端側部３３の外径より小径で、この先端側部３３に装着したとき、その外径が金属外筒２１の内径よりも小さい円筒状ゴム部材を用いることもできる。この円筒状ゴム部材を用い、変形工程における金属外筒２１の変形部２３ｂの成型と共に、変形してセパレータ３１の鍔部３４の先端側面３４ｂを後端側に付勢する。この円筒状ゴム部材を用いると取り扱いが容易になる。
さらに、前述した従来技術で用いた弾性部材１００６を用いてもよい。この場合でも、セパレータ３１に先端側ほど拡径する外筒当接面３４ａを設け、金属外筒２１に先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなす鍔部当接面２４ｂを設けることで、セパレータ３１を金属外筒２１に固定する際、セパレータ３１の軸３１ｘが金属外筒２１の軸２１ｘに一致するように移動させることができる効果を得ることができる（図９参照）。
【００７２】
上記実施形態では、酸素センサ１について説明したが、ＮＯｘセンサやＨＣセンサなど他のガスセンサについて、本発明を適用することもできる。また、上記実施形態では、酸素センサ素子２として先端を閉じた形状のセンサ素子を用いた。しかし、検知対象などに応じて形状を適宜変更しても良く、板状のセンサ素子を用いることもできる。また、セパレータ３１に外筒当接面３４ａを形成でき、金属外筒２１に鍔部当接面２４ｂを形成できればよいから、ヒータを用いないセンサに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術にかかるガスセンサの全体構成を示す説明図である。
【図２】実施形態にかかるガスセンサの全体構成を示す説明図である。
【図３】セパレータの、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）はＡ−Ａ断面図、（ｅ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図４】セパレータへの酸素センサ素子及びヒータの組み付け状態を示す分解斜視図である。
【図５】金属外筒の部分破断側面図である。
【図６】付勢金具の部分破断側面図である。
【図７】センサ端子金具等を内部に保持したセパレータを金属外筒内に配置した状態を示す説明図である。
【図８】ヒータを酸素センサ素子の後端側開口に導いて挿入する様子を示す説明図である。
【図９】セパレータの鍔部の外筒当接面と、金属外筒の内側凸部の鍔部当接面とをテーパにしなかった場合（ａ）と、テーパにした場合（ｂ）とを対比して示す説明図である。
【図１０】金属外筒と主体金具とを加締めて仮接続する様子を示す説明図である。
【図１１】金属外筒を外周から押圧して変形部を形成すると共に、付勢金具をも変形させる変形工程を示す説明図である。
【図１２】変形工程における金属外筒及び付勢金具の変形の様子を示す部分拡大説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。
【図１３】グロメットを加締める様子を示す説明図である。
【図１４】金属外筒と主体金具とをレーザ溶接する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１　酸素センサ（ガスセンサ、センサ）
２　酸素センサ素子（ガスセンサ素子、センサ素子）
２ａ　有底孔
２ｂ　センサ外部電極層
２ｃ　センサ内部電極層
２ｈ　後端側開口
３　主体金具
３ｄ　接続部
１１　第１センサ端子金具（センサ端子部材）
１２　第２センサ端子金具（センサ端子部材）
１３，１４　センサ出力リード線
１５　ヒータ
１５ｄ　後端面
１６，１７　ヒータ端子金具（ヒータ端子部材）
１８，１９　ヒータリード線
２１　金属外筒
２２ａ　先端部
２４　内側凸部
２４ｂ　鍔部当接面
３１　セパレータ
３３　先端側部
３４　鍔部
３４ａ　外筒当接面
３４ｂ　先端側面
３９　組立体（セパレータと付勢部材の組立体）
４１　付勢金具（付勢部材）
４２　金属筒部
４２ｂ　（金属筒部の）後端部
４３　Ｊ型弾性保持部
４３ａ　当接部
ＣＨ　チャック機構

Claims (12)

1. センサ素子と、
   上記センサ素子を保持する主体金具と、
   上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、
   自身の先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、
   上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、上記センサ端子部材が内部に位置し、少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁するセパレータと、
   を有するセンサであって、
   上記セパレータは、後端側部及びこの後端側部よりも先端側に位置し上記後端側部よりも大径の鍔部を有し、
   上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部に当接する段部または内側凸部を有し、
   上記セパレータの鍔部のうち上記金属外筒の段部または内側凸部に当接し後端側を向く外筒当接面と、上記金属外筒の段部または内側凸部のうち上記セパレータの鍔部の上記外筒当接面に当接する鍔部当接面とは、いずれも先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなし、
   上記セパレータが、後端側に付勢された状態で上記金属外筒に保持されてなるセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサであって、
   前記セパレータの鍔部は、前記先端側を向く先端側面を有し、
   上記金属外筒内に保持され、上記鍔部の先端側面に当接して、上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材であって、上記先端側面に対し径方向に見て点接触する付勢部材を備える
   センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサであって、
   前記センサ素子は、先端側を閉じた筒型のガスセンサ素子であり、
   上記ガスセンサ素子の有底孔内に挿入されてなる棒状のヒータと、
   上記ヒータと電気的に導通する１または複数のヒータ端子部材と、を有し、
   前記セパレータは、前記センサ端子部材及び上記ヒータ端子部材の相互間を絶縁するセパレータである
   センサ。
4. センサ素子と、
   上記センサ素子を保持する主体金具と、
   上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、
   自身の先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、
   上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、
   後端側に位置する後端側部、
   先端側に位置する先端側部、及び、
   上記後端側部及び先端側部の中間に位置し上記後端側部及び先端側部よりも大径であり、上記先端側部との間に先端側を向く先端側面、及び、上記後端側部との間に後端側を向く外筒当接面を有する鍔部、を含み、
   上記センサ端子部材が内部に位置し、
   少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁する
   セパレータと、を有し、
   上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部の外筒当接面に当接する鍔部当接面を有する段部または内側凸部を含み、
   上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材を有する
   センサの製造方法であって、
   上記センサ端子部材が上記セパレータの内部に位置し、かつ、上記付勢部材を上記セパレータの先端側部の外周に保持し、上記セパレータの外筒当接面と上記金属外筒の鍔部当接面とが当接した状態で、上記金属外筒と上記主体金具の少なくともいずれかを互いに近づく方向に移動させて、上記金属外筒の先端部を上記主体金具に当接させる当接工程と、
   内部に上記センサ端子部材が位置し、その先端側部の外周に上記付勢部材を保持した上記セパレータの外筒当接面と上記金属外筒の鍔部当接面とが当接し、かつ、上記付勢部材が上記セパレータの鍔部の先端側面に当接した状態で、上記金属外筒のうち上記付勢部材の径方向外側に位置する部位を径方向内側に押圧して、内側に凸となる変形部を成型すると共に、上記付勢部材が上記セパレータを後端側に付勢するように上記付勢部材をも変形させる変形工程と、を備える
   センサの製造方法。
5. 請求項４に記載のセンサの製造方法であって、
   前記セパレータの鍔部のうち前記外筒当接面と、前記金属外筒の段部または内側凸部のうち前記鍔部当接面とは、いずれも先端側に向かうほど径方向外側に位置する斜面をなす
   センサの製造方法。
6. 請求項４または請求項５に記載のセンサの製造方法であって、
   前記付勢部材は、
   その内径が前記セパレータの先端側部の外径より大径で、その外径が前記金属外筒の内径よりも小さい金属筒部と、
   上記金属筒部を上記セパレータの先端側部に装着したとき、上記金属筒部の内側において、弾性的に上記セパレータの先端側部に当接して、上記金属筒部を上記セパレータに保持する弾性保持部と、を有し、
   前記変形工程における上記金属外筒の変形部の成型と共に上記金属筒部の後端で上記セパレータの鍔部の先端側面を後端側に付勢する
   センサの製造方法。
7. 請求項６に記載のセンサの製造方法であって、
   前記付勢部材の金属筒部は、径方向の内側または外側に湾曲する後端部を有する
   センサの製造方法。
8. 請求項６または請求項７に記載のセンサの製造方法であって、
   前記付勢部材の前記弾性保持部は、
   前記金属筒部の後端に位置し、径方向内側に延びると共に徐々に方向転換して先端側に延びて略Ｊ字状に湾曲してなるＪ型弾性保持部である
   センサの製造方法。
9. 請求項４〜請求項８のいずれか１項に記載のセンサの製造方法であって、
   前記センサ素子は、先端側が閉じた筒型のガスセンサ素子であり、
   上記ガスセンサ素子の有底孔内に挿入されてなる棒状のヒータと、
   上記ヒータと電気的に導通する１または複数のヒータ端子部材と、を有し、
   前記セパレータは、上記センサ端子部材及びヒータ端子部材の相互間の絶縁を保持し、
   前記当接工程は、上記セパレータが前記金属外筒内に遊挿された状態で、上記金属外筒と前記主体金具との少なくともいずれかを互いに近づく方向に移動させて、上記金属外筒の先端部を前記主体金具に当接させると共に、上記主体金具に保持された上記ガスセンサ素子内に上記ヒータを挿入し、
   前記変形工程は、上記当接工程の後に行う
   センサの製造方法。
10. 請求項９に記載のセンサの製造方法であって、
    前記当接工程は、前記金属外筒の先端部よりも先端側に突出する前記ヒータの先端を前記ガスセンサ素子の後端側開口内に導くように位置決めして挿入する挿入位置決め工程を含む
    センサの製造方法。
11. 請求項１０に記載のセンサの製造方法であって、
    挿入位置決め工程は、
    チャック装置により、前記ヒータのうち前記金属外筒の先端部よりも先端側に突出する部分の一部を把持して、上記ヒータの先端の位置を調整して行う
    センサの製造方法。
12. センサ素子と、
    上記センサ素子を保持する主体金具と、
    上記センサ素子と電気的に導通し、上記センサ素子より後端側に延びる１または複数のセンサ端子部材と、
    自身の先端部で上記主体金具と接続する金属外筒と、
    上記金属外筒の内部に収容された電気絶縁性のセパレータであって、
    後端側に位置する後端側部、
    先端側に位置する先端側部、及び、
    上記後端側部及び先端側部の中間に位置し上記後端側部及び先端側部よりも大径であり、上記先端側部との間に先端側を向く先端側面、及び、上記後端側部との間に後端側を向く外筒当接面を有する鍔部、を含み、
    上記センサ端子部材が内部に位置し、
    少なくとも上記センサ端子部材間及び上記センサ端子部材と上記金属外筒との間のいずれかを絶縁する
    セパレータと、を有し、
    上記金属外筒は、上記セパレータの鍔部の外筒当接面に当接する鍔部当接面を有する段部または内側凸部を含み、
    上記セパレータを後端側に付勢する付勢部材を有する
    センサに用いるセパレータと付勢部材の組立体であって、
    上記付勢部材は、
    その内径が前記セパレータの先端側部の外径より大径で、その外径が前記金属外筒の内径よりも小さい金属筒部と、
    上記金属筒部の内側に配置された弾性保持部とを有し、
    上記セパレータの先端側部に、上記弾性保持部が弾性的に当接して、上記付勢部材が上記セパレータに保持されてなる
    セパレータと付勢部材の組立体。

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