JP4865522B2

JP4865522B2 - ガスセンサの製造方法

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Publication number: JP4865522B2
Application number: JP2006334531A
Authority: JP
Inventors: 恵一野田; 裕一山田; 達也奥村; 康司松尾; 博司立木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: JP2008145339A

Description

本発明は、排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するための板状の検出素子を備えたガスセンサの製造方法に関するものである。

従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。例えばジルコニアを用いた検出素子は、ジルコニアからなる固体電解質体を有底筒状に形成し、内部に導入される大気と外部に満たされる排気ガスとの間での酸素分圧差に基づき酸素濃度の検出を行うものである。このような検出素子は主体金具に保持されて自動車の排気管に取り付けられるが、その取り付けは一般的に排気管の取付孔に螺合させて行われるため、ガスセンサの主体金具は、外周面にねじ山を有する円筒状に形成されている。

近年、ガスセンサの小型化や高性能化等を図るため、有底筒状の検出素子に代わり板状の検出素子が開発されている。このようなガスセンサの製造過程では、この板状の検出素子を上記のような筒状の主体金具内で保持するため、内部にセラミックリング（セラミックホルダ）および第１の滑石リングを収容した金属カップ（素子カップ）が検出素子の径方向周囲に配置され、第１の滑石リングが圧縮変形されることにより検出素子と一体に組み付けられる。その状態で主体金具内に検出素子が挿入され、金属カップが主体金具内周に形成された棚部に係止されると共に、検出素子の後端側より第２の滑石リング（第２充填層）、スリーブ（セラミックスリーブ）および加締めパッキンが素子カップに積層される。そして加締めパッキンを介してスリーブを先端側に押しつけることにより、第２の滑石リングが押し潰されて粉体となり、検出素子の外周と主体金具の内周との間の隙間が埋められて、検出素子と主体金具とが一体化される。その後、主体金具の加締め部（後端部）が加締められ、検出素子が主体金具と一体になって保持される（例えば、特許文献１参照。）。

次に、主体金具の後端側に接合される外筒に、検出素子の電極端子（部）と電気的に接続して外部への検出信号の取り出しを行うための接続端子（リードフレーム）を収容したセパレータ（絶縁コンタクト部材）と、そのセパレータの後端側にて外筒の後端を塞ぐグロメットとが収容される。そして外筒のうち、セパレータの径方向外側に位置する部位が径方向内側に加締められ、セパレータが外筒に固定される。なお、セパレータを外筒に固定させるにあたり、グロメットは、セパレータおよび外筒と密着した状態となっている。

そして、この外筒を主体金具に対して相対的に移動させることにより、セパレータが、検出素子の後端部に嵌められる。このとき外筒は主体金具の径方向外側に配置され、その外筒を径方向内側に加締めることで、外筒が主体金具に加締め固定される。さらに、外筒のうちのグロメットの径方向外側に位置する部位を径方向内側に加締めることで、グロメットが外筒に固定される。その後、外筒の主体金具に対し径方向内側に加締めた部位が全周にわたってレーザ溶接され、主体金具と外筒とが接合されて、ガスセンサが完成する。
特開２００５−３７３７２号公報

しかしながら、ガスセンサの製造過程において、主体金具の加締めにより第２の滑石リングが圧縮変形した際に、滑石リングの潰れ具合によっては検出素子が軸線方向とは異なる方向に応力を受け、検出素子の軸線と主体金具の軸線とがずれたまま両者が一体となってしまう場合があった。そのままガスセンサの組み立てを行うと、セパレータの組み付けの際に検出素子の後端部に負荷がかかり検出素子が欠損あるいは折損する虞があった。また、場合によっては検出素子と主体金具および外筒との軸ずれにより検出素子に負荷がかかった状態のまま加締めにより外筒内でセパレータが固定されてしまうこともあり、その状態でガスセンサが使用されると、検出素子の内部応力が高まって検出素子が欠損あるいは折損してしまう虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、主体金具と検出素子とを一体に組み付ける際の両者の軸ずれを抑制し、検出素子の欠損や折損等を防止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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の周囲を取り囲む形態で一体に組み付けられるフランジ部と、軸線方向に延び前記検出素子を挿通するための貫通孔を有し、且つ該貫通孔の内周面から径方向内向きに突出し、前記フランジ部に係合する段部を有する主体金具とを備えるガスセンサの製造方法であって、前記主体金具の前記貫通孔内に前記検出素子を挿入すると共に、前記フランジ部を前記段部に支持させて、前記検出素子を前記主体金具内に保持する素子保持工程と、前記素子保持工程後に、前記検出素子の後端部の径方向への移動を規制する規制部材を、前記検出素子の後端部に当接または離間させて配置する規制部材配置工程と、前記規制部材配置工程後に、前記フランジ部より後端側における前記主体金具の内周面と前記検出素子の外周面との間に装填された充填部材を軸線方向先端側へ向け押圧し、該充填部材を圧縮する充填部材圧縮工程と、前記充填部材圧縮工程後に、前記主体金具の後端部を外方から押圧して径方向内向きに折り曲げて、少なくとも前記フランジ部と前記充填部材とを該後端部と前記段部との間に挟持させ、前記検出素子を前記主体金具内に固定する素子固定工程とからなることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記充填部材は、粉体を環状に押し固めた固形形状をなし、前記充填部材圧縮工程前に、固形形状のまま、前記検出素子の周囲に被せられて前記主体金具の内周に装填され、前記充填部材圧縮工程では、押し潰されて粉体となり、前記主体金具の内周面と前記検出素子の外周面との間の隙間を埋めると共に、押し固められることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記充填部材圧縮工程後で前記素子固定工程前に、前記検出素子の後端部の径方向への移動の規制を解除する規制解除工程を行うことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記規制部材は、前記検出素子の板厚方向において、該検出素子の後端部の移動を規制する第１規制部材と、前記板厚方向と直交する方向において、前記検出素子の後端部の移動を規制する第２規制部材とから構成され、前記規制部材配置工程は、前記検出素子の後端部の前記板厚方向の両側に前記第１規制部材を当接または離間させて配置する第１規制部材配置工程と、前記第１規制部材配置工程後に、前記検出素子の後端部の前記板厚方向と直交する方向の両側に前記第２規制部材を当接または離間させて配置する第２規制部材配置工程とからなることを特徴とする。
また、請求項５に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記規制部材は、前記検出素子の後端部を挟んで保持することにより、該検出素子の径方向への移動を規制することを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサの製造方法では、充填部材圧縮工程において、主体金具の内周面と検出素子の外周面との間に装填した充填部材を圧縮し、予め主体金具内で検出素子が保持された状態としてから、素子固定工程において、主体金具の後端部を内側に折り曲げる変形を行って検出素子の固定を行うので、主体金具の変形に伴う主体金具と検出素子との間の位置関係のずれを抑制することができる。充填部材圧縮工程は、その前に行われる規制部材配置工程において検出素子の後端部に配置される規制部材によって径方向への移動が規制されたまま行われるので、主体金具と検出素子との相対的な位置関係を一定に揃えることができる。つまり、主体金具の軸線と検出素子の軸線を揃えて充填部材圧縮工程を行って両者の軸合わせを行った上で、素子固定工程を行って主体金具内への検出素子の固定を行えば、主体金具と検出素子との軸ずれを効果的に抑制することができる。その後の製造過程において、主体金具に組み付けられて検出素子に当接する部品が主体金具の軸線を基準として組み付けられた場合でも、主体金具の軸線と検出素子の軸線とが軸合わせされた状態であれば、完成したガスセンサにおいて上記検出素子に当接する部品に対し検出素子が軸ずれに伴う負荷が生ずることが十分に抑制されるため、素子の折損を防止することができる。

このように、充填部材により予め検出素子を主体金具に保持するためには、検出素子が挿入された主体金具内に充填部材を装填する必要があるが、請求項２に係る発明のように、予め粉体を環状に押し固めた固形形状の充填部材を用い、固形形状のまま検出素子の周囲に被せ、検出素子と共に主体金具内に装填すれば、充填部材の装填を容易に行うことができる。上記のように、充填部材圧縮工程では検出素子の後端部の径方向への移動を規制しつつ充填部材の圧縮を行うが、充填部材を押し潰して粉体とした上で押し固めることで、粉体が均一に主体金具と検出素子との間に隙間に配置されるため、検出素子にかかる応力を分散させることができる。このため、この工程における検出素子の欠損や折損等を防止することができる。また、粉体となった充填部材により主体金具内で検出素子との間の隙間が埋められるため、主体金具の貫通孔を介した気密性の維持を十分に行うことができる。

ところで、素子固定工程において主体金具の後端部の変形を行う際に、その変形を行う治具に対し、主体金具の軸線方向にぶれが生ずる場合がある。このとき、請求項３に係る発明のように、素子固定工程前に規制解除工程を行って検出素子の後端部に行った規制を解除すれば、主体金具の軸線方向がぶれても検出素子には規制による応力がかからないため、この工程における主体金具の軸線と検出素子の軸線との軸ずれを抑制し、検出素子の欠損や折損等を防止することができる。

また、請求項４に係る発明のように、規制部材を、検出素子の板厚方向への移動を規制する第１規制部材と、板厚方向と直交する方向への移動を規制する第２規制部材とから構成すれば、まず第１規制部材により検出素子の板厚方向における位置の矯正を行い、次に第２規制部材により検出素子の板厚方向と直交する方向における位置の矯正を行うことができるので、検出素子の後端部の位置決めをより確実に行うことができる。そして検出素子の板厚方向およびそれと直交する方向からそれぞれ第１規制部材および第２規制部材により検出素子の後端部の位置決めを行う構成となるので、検出素子の角部分が規制部材に当接することはなく、検出素子の角部分の欠損を防止することができる。
上記した規制部材は、検出素子の後端部に当接または離間した状態で配置されれば、充填部材圧縮工程において検出素子の後端部の径方向への移動を十分に規制することができるが、請求項５に係る発明のように、規制部材が検出素子の後端部を挟んで保持する構造であれば、主体金具の軸線と検出素子の軸線との軸合わせをより精度良く行うことができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサの製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るガスセンサの製造方法により製造されるガスセンサの一例として、ガスセンサ１の構造について、図１，図２を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の縦断面図である。図２は、検出素子１０の斜視図である。なお、以下の図面において、図１，図２の紙面上下方向を、ガスセンサ１を構成する主体金具５０の軸線Ｏ方向および検出素子１０の軸線Ｐ方向とし、下側をガスセンサ１および検出素子１０の先端側、上側を後端側として説明するものとする。

図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持する検出素子１０の先端部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。検出素子１０からは、排気ガスの空燃比がリーンの場合には、理論空燃比に対し余剰となる酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られ、リッチの場合には未燃焼ガスを完全燃焼させるのに必要な酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られる。これら検出値をもとに、図示しないセンサ制御回路にて排気ガスの空燃比が求められてＥＣＵ（電子制御ユニット）に対し出力され、空燃比フィードバック制御などに利用される。

まず、検出素子１０について説明する。図２に示す検出素子１０は、公知にあるような軸線Ｐ方向に延びる細幅で板状の素子で、酸素濃度の検出を行うガス検出体３と、そのガス検出体３を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体４とを厚み方向に貼り合わせた積層体として一体化されたものである（図１では、紙面左右方向を厚み方向（板厚方向）、紙面表裏方向を幅方向として示している。）。ガス検出体３は、ジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする検出電極と（共に図示しない）から構成され、その検出電極は、検出素子１０の先端部１１内に配置されている。そして検出電極を排気ガスによる被毒から保護するため、検出素子１０の先端部１１には、その外周面を包むように保護層１５が形成されている。また、検出素子１０の後端部１２には、ガス検出体３やヒータ体４から電極を取り出すための５つの電極パッド１６が形成されている。なお、本実施の形態では、検出素子１０を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子１０の構成としてヒータ体４は必ずしも必要ではなく、ガス検出体３が本発明の「検出素子」に相当する場合もある。

次に、フランジ部２４について説明する。図１に示すように、検出素子１０の中央部１３のやや先端側には、自身の内部に検出素子１０を挿通させた有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内に検出素子１０を保持するための保持部材であり、筒底の開口２５から検出素子１０の先端部１１が突出されている。また、筒底の縁部分の先端周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、それぞれ、自身に検出素子１０を挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、金属カップ２０とセラミックリング２１と滑石リング２２とが一体となり、フランジ部２４として、検出素子１０の径方向周囲を取り囲む形態で一体に組み付けられている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、内部に貫通孔５８が形成された筒状をなす。検出素子１０はその中央部１３を、フランジ部２４ごと主体金具５０の貫通孔５８内に保持され、このとき検出素子１０の軸線Ｐが、主体金具５０の軸線Ｏと略一致するように配置されている。主体金具５０はＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用の雄ねじ部５１が形成されている。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ８が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されており、その工具係合部５２の先端面と雄ねじ部５１の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット５５が嵌挿されている。さらに、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒６５が係合される後端係合部５７と、その後端側に、主体金具５０内に検出素子１０を加締め保持するための加締め部５３とが形成されている。

また、主体金具５０の貫通孔５８の内周で雄ねじ部５１付近には、段状をなす段部５４が形成されている。この段部５４には、検出素子１０と一体となったフランジ部２４を構成する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。さらに、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身に検出素子１０を挿通させた状態で、フランジ部２４の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。滑石リング２６は主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填されており、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、フランジ部２４および検出素子１０が主体金具５０内で位置決め保持されている。主体金具５０内の気密は加締め部５３とスリーブ２７の肩部２８との間に介在される加締めパッキン２９によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。なお、滑石リング２６が、本発明における「充填部材」に相当する。

次に、プロテクタ８について説明する。主体金具５０の先端（先端係合部５６）からは、内部に保持する検出素子１０の先端部１１が突出されている。この先端係合部５６には、検出素子１０の先端部１１を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ８が嵌められ、スポット溶接やレーザ溶接によって固定されている。プロテクタ８は、有底筒状の内側プロテクタ９０と、内側プロテクタ９０の外周面との間に空隙を有した状態でその径方向周囲を取り囲む筒状の外側プロテクタ８０とから構成される２重構造を有する。

内側プロテクタ９０には、周壁９２の後端側に複数の内側導入孔９５と、周壁９２の先端側に複数の水抜き孔９６と、底壁９３に排出口９７とが開口されている。そして開口端側（後端側）の基端部９１が先端係合部５６の外周に係合され、その状態で外周を一周してレーザ溶接が施されており、内側プロテクタ９０が主体金具５０に固定されている。

また、外側プロテクタ８０には、周壁８２の先端側に複数の外側導入孔８５が開口されている。そして、開口端側の基端部８１が内側プロテクタ９０の基端部９１の外周に係合され、その状態で外周にスポット溶接が施されており、外側プロテクタ８０もまた内側プロテクタ９０と共に主体金具５０に固定されている。さらに、外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙を閉じるように、外側プロテクタ８０の先端部８３が内側プロテクタ９０の周壁９２に向けて内側に折り曲げられている。

外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙は、外側導入孔８５を介して外部から導入される排気ガスに、内側プロテクタ９０の周壁９２の外周を取り囲む状態で旋回流を生じさせ、ガス成分と水分とに分離するために設けられている。ガス成分は内側導入孔９５から内側プロテクタ９０内に導入され、検出素子１０に接触し、排出口９７から外部に排出される一方で、水分は、水抜き孔９６から内側プロテクタ９０内に進入し、排出口９７から外部に排出されるように構成されている。この構成により、検出素子１０の先端部１１は、排気ガス中のデポジットによる汚損や、被水に起因する熱衝撃による折損等から保護されている。

次に、ガスセンサ１の主体金具５０より後端側の構造について説明する。主体金具５０後端（加締め部５３）からは、内部に保持する検出素子１０の後端部１２が突出されている。この後端部１２には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ６０が被せられている。セパレータ６０は、検出素子１０の後端部１２に形成された５つの電極パッド１６（図２参照）のそれぞれに接触（電気的に接続）させる５つの接続端子６１（図１ではそのうちの２つを図示している。）を内部に保持している。また、ガスセンサ１の外部に引き出される５本のリード線６４（図１ではそのうちの３本を図示している。）と各接続端子６１との各接続部分も収容され保護されている。

上記した外筒６５はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状をなし、主体金具５０の後端側に取り付けられ、主体金具５０の後端から露出される検出素子１０の後端部１２やセパレータ６０の周囲を覆って保護するものである。外筒６５は、自身の先端側の開口端６６が主体金具５０の後端係合部５７の外周に係合され、外周側から加締められると共に、外周を一周して後端係合部５７にレーザ溶接され、主体金具５０に固定されている。

また、外筒６５とセパレータ６０との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ６０の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部６２を支持部７１に係止させて、セパレータ６０を支持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒６５の外周面が加締められ、セパレータ６０を支持した保持金具７０が外筒６５に固定されている。

そして外筒６５の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット７５が嵌合されている。グロメット７５は５つの挿通孔７６（図１ではそのうちの１つを図示している。）を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された５本のリード線６４が気密に挿通されている。この状態でグロメット７５は、セパレータ６０を先端側に押圧しつつ、外筒６５の外周から加締められて、外筒６５の後端に固定されている。

前述したように、ガスセンサ１では、その製造過程において検出素子１０にフランジ部２４を組み付けて一体化した素子ユニット２１０（図３参照）を、プロテクタ８と主体金具５０とを一体化した金具組立体２５０の貫通孔５８内に配置し、加締め部５３の加締めにより主体金具５０内に検出素子１０を保持させている。このとき、主体金具５０の軸線Ｏと、検出素子１０の軸線Ｐとの間でずれが生ずることを抑制するために、本実施の形態では検出素子１０の軸線Ｐの方向について矯正が行われる。以下、図３〜図１３を参照して、素子ユニット２１０を金具組立体２５０に組み付ける過程を中心に、ガスセンサ１の製造過程について説明する。

図３は、素子ユニット２１０の斜視図である。図４は、素子ユニット２１０を金具組立体２５０に組み付ける素子保持工程について説明するための分解斜視図である。図５は、素子ユニット２１０を金具組立体２５０に組み付けた中間組立体３００を素子台座３５０に載置する様子を示す縦断面図である。図６は、保持治具４２０により検出素子１０の後端部１２を保持する前の状態を示す縦断面図である。図７は、図６の円Ａを拡大した図である。図８は、保持治具４２０の中心軸Ｒと直交する平面に第１保持爪４２１，第２保持爪４２２および検出素子１０の後端部１２を投影し、それぞれの位置関係を示した図である。図９は、保持治具４２０の中心軸Ｒと直交する平面に第１保持爪４２１，第２保持爪４２２および検出素子１０の後端部１２を投影し、それぞれの位置関係を示した図である。図１０は、中間組立体３００の滑石リング２６に荷重を印加する様子を示す縦断面図である。図１１は、保持治具４２０による検出素子１０の後端部１２の保持を解除した様子を示す縦断面図である。図１２は、圧縮治具４１０および保持治具４２０を中間組立体３００から遠ざける様子を示す縦断面図である。図１３は、加締治具４５０により中間組立体３００の加締め部５３の加締めを行う様子を示す縦断面図である。

ガスセンサ１の検出素子１０は、前述したように、未焼成のガス検出体と未焼成のヒータ体とを厚み方向（板厚方向）に積層し、焼成した焼成体の先端部１１に保護層１５を形成することにより、図２に示すような細長い板状の素子として作製される。そして図３に示すように、セラミックリング２１と滑石リング２２を収容した金属カップ２０を検出素子１０の後端部１２側から嵌め込むように取り付けて、検出素子１０の中央部１３のやや先端側に配置する。その状態で滑石リング２２を軸線Ｐに沿ってセラミックリング２１側に押圧し、押し潰して粉体とすることで金属カップ２０内の隙間が埋められ、検出素子１０と一体となったフランジ部２４を形成して素子ユニット２１０を完成する。

次に図４に示すように、予め主体金具５０の先端係合部５６にプロテクタ８を接合して組み立てた金具組立体２５０の貫通孔５８内に、後端側（加締め部５３側）から素子ユニット２１０を挿入する。そして、フランジ部２４を構成する金属カップ２０の先端周縁部２３を貫通孔５８内の段部５４（図１参照）に係止させて、主体金具５０内に検出素子１０を保持させる（素子保持工程）。さらに検出素子１０に、その後端部１２側より滑石リング２６、スリーブ２７および加締めパッキン２９を挿通させ、それぞれ主体金具５０の貫通孔５８内に収容する。

このようにして組み立てた中間組立体３００を、図５に示すように、素子台座３５０に位置決め支持させる。素子台座３５０には上下方向に延びる支持孔３６０が設けられており、中間組立体３００は、この支持孔３６０内に先端側より挿入されて、素子台座３５０に保持される。このとき、中間組立体３００を構成する主体金具５０の工具係合部５２の先端側の面が支持孔３６０の開口端に当接し、中間組立体３００は上下方向に位置決めされる。そして主体金具５０の軸線Ｐは、上下方向に揃えられる。なお、中間組立体３００を素子台座３５０に配置する際に、主体金具５０内に保持された検出素子１０の厚み方向（板厚方向）が、後述する保持治具４２０の第１保持爪４２１の接離方向に揃うように、中間組立体３００の径方向における配置向きが調整される。

この素子台座３５０の上方には、素子台座３５０に対して予め位置決めされ、上下方向に昇降可能な昇降装置４００が設けられている。そして、この昇降装置４００には、滑石リング２６を圧縮するため上下方向に昇降可能に設けられた圧縮治具４１０と、検出素子１０の後端部１２を水平方向（例えば紙面左右方向および表裏方向）に挟んで保持する保持治具４２０とが固定されている。圧縮治具４１０は、上下方向に貫通する貫通孔４１１を有する筒状の押圧部４１５が、自身の先端側の当接部４１２を下向きに突出させた状態で、自身を昇降装置４００に取り付けるため取付部４１６に固定された形態をなすものである。保持治具４２０は、先端側（下側）に、水平方向（例えば左右方向）において自身の中心軸Ｒへ向けて互いに接離するように設けられた一対の第１保持爪４２１と、第１保持爪４２１とは直交する水平方向（例えば紙面表裏方向）において自身の中心軸Ｒへ向けて互いに接離するように設けられた一対の第２保持爪４２２（図ではそのうちの一方を図示している。）とを有する。図示しないが、第１保持爪４２１と第２保持爪４２２は、それぞれ後端側において昇降装置４００に固定されており、第１保持爪４２１および第２保持爪４２２それぞれの接離方向の基準となる自身の中心軸Ｒが、圧縮治具４１０の貫通孔４１１の中心軸Ｑに揃えられている。また、一対の第１保持爪４２１は、揃って、互いの接離方向と直交する方向へ揺動可能に設けられている。なお、第１保持爪４２１および第２保持爪４２２が、それぞれ、本発明における「第１規制部材」および「第２規制部材」に相当する。

中間組立体３００が素子台座３５０に保持されると、図６に示すように、上記昇降装置４００が下向きに駆動されて、中間組立体３００に圧縮治具４１０と保持治具４２０とが近接される。具体的には圧縮治具４１０の当接部４１２の先端が、中間組立体３００の加締めパッキン２９に当接する位置まで圧縮治具４１０および保持治具４２０が移動される。このとき、図７に示すように、圧縮治具４１０の当接部４１２の外周面が、中間組立体３００を構成する主体金具５０の加締め部５３の内周面に当接する。これにより、主体金具５０の軸線Ｏが、圧縮治具４１０の貫通孔４１１の中心軸Ｑに軸合わせされて、互いの位置決めがなされる。保持治具４２０の中心軸Ｒもまた主体金具５０の軸線Ｏに軸合わせされることとなり、第１保持爪４２１および第２保持爪４２２は、中間組立体３００を構成する検出素子１０の後端部１２において、その径方向周囲に配置される（規制部材配置工程）。

次に保持治具４２０の第１保持爪４２１および第２保持爪４２２により、検出素子１０の後端部１２の位置決め保持が行われる（規制部材配置工程中の第１規制部材配置工程）。まず、図８に示すように、一対の第１保持爪４２１が互いに近づく方向に駆動され、両者間に検出素子１０の後端部１２において厚み方向と直交する側の面が挟まれ保持される。このとき、一対の第１保持爪４２１のうち先に当接した第１保持爪４２１により検出素子１０の後端部１２が押され、一対の第１保持爪４２１間の中央に軸線Ｐが位置するように後端部１２の位置が移動される。

そして図９に示すように、一対の第２保持爪４２２が互いに近づく方向に駆動され、両者間に検出素子１０の後端部１２において厚み方向に沿う側の面が挟まれ保持される（規制部材配置工程中の第２規制部材配置工程）。ここで、前述したように、第１保持爪４２１は自身の接離方向と直交する方向に揺動可能に構成されている。このため、第２保持爪４２２により検出素子１０の後端部１２が保持される際には、一対の第２保持爪４２２のうち先に当接した第２保持爪４２２に押され、第２保持爪４２２の中央に軸線Ｐが位置するように、第１保持爪４２１ごと、検出素子１０の後端部１２の位置が移動される。こうして検出素子１０の軸線Ｐは保持治具４２０の中心軸Ｒに揃えられ、この中心軸Ｒと一致する圧縮治具４１０の貫通孔４１１の中心軸Ｑにも揃えられる。さらに、圧縮治具４１０の当接部４１２の外周面に加締め部５３の内周面が当接されたことにより、主体金具５０の軸線Ｏが中心軸Ｑと軸合わせされているので、検出素子１０の軸線Ｐは主体金具５０の軸線Ｏに揃えられることとなる。

次に、図１０に示すように、昇降装置４００の駆動により圧縮治具４１０に下方向の圧力が加えられ、当接部４１２の先端面により、中間組立体３００の加締めパッキン２９を介しスリーブ２７が下方に向けて押圧される。スリーブ２７は滑石リング２６を下方に押圧し、これにより滑石リング２６が押し潰されて粉体となり、主体金具５０の貫通孔５８内の隙間が埋められる。このとき、上記したように、検出素子１０の後端部１２が保持治具４２０により保持されたままであるため、滑石リング２６の圧縮変形は、検出素子１０の後端部１２の径方向への移動が規制され、主体金具５０の軸線Ｏと検出素子１０の軸線Ｐとが揃えられたままの状態で行われる。このようにして、検出素子１０は貫通孔５８内で位置決めされ、主体金具５０と一体化される（充填部材圧縮工程）。なお、予め金属カップ２０内にて圧縮変形されている滑石リング２２に対しても押圧力が加わるので、検出素子１０の中央部１３は滑石リング２２によりさらに強固に保持されることとなる。

そして図１１に示すように、保持治具４２０の第１保持爪４２１および第２保持爪４２２による検出素子１０の後端部１２の保持が解除される（規制解除工程）。このまま図１２に示すように、昇降装置４００が上向きに駆動されて、中間組立体３００から圧縮治具４１０と保持治具４２０とが離間される。検出素子１０は、自身の軸線Ｐが主体金具５０の軸線Ｏに揃えられたままの状態で維持される。

さらに図１３に示すように、中間組立体３００の上方に、圧縮治具４１０および保持治具４２０に代えて加締治具４５０が配置され、この加締治具４５０が下向きに移動される。加締治具４５０の先端側に凹型曲面状に形成された加工面４５１（中央に検出素子１０の後端部１２が挿通される孔を有する。）に主体金具５０の加締め部５３が当接され、加工面４５１に沿って内側に曲げられる。加締め部５３は内周面が加締めパッキン２９に当接し、加締めパッキン２９を介し、スリーブ２７を下方（先端側）へ向けて押圧するように変形される。その後、加締治具４５０を中間組立体３００より遠ざけても加締め部５３の変形は維持される。この加締め部５３の変形に伴う応力は検出素子１０にも加わるが、検出素子１０は上記のように滑石リング２２により主体金具５０内で強固に位置決め保持された状態であるため、主体金具５０の軸線Ｏと検出素子１０の軸線Ｐとの軸ずれは抑制される。こうして検出素子１０は主体金具５０内に確実に保持され、主体金具５０に対し固定される（素子固定工程）。このようにして完成した中間組立体３００に、図１に示した外筒６５、セパレータ６０、グロメット７５等が組み付けられて、ガスセンサ１が完成する。

［実施例１］
このように、主体金具５０と検出素子１０との間に介在させる滑石リング２６を圧縮変形して両者を一体化するにあたって、検出素子１０の後端部１２を保持治具４２０で保持しつつ行ったことによる効果を確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、本実施の形態において説明した製造方法に従って、保持治具により検出素子の後端部の保持を行いつつ、圧縮治具により滑石リングの圧縮変形を行い組み立てた中間組立体のサンプル（保持有り）を１０本作製した。また、比較例として、上記製造方法において、保持治具による検出素子の後端部の保持を行わず、圧縮治具により滑石リングの圧縮変形を行い組み立てた中間組立体のサンプル（保持無し）を１０本作製した。次に、作製した中間組立体の各サンプルそれぞれを、主体金具の軸線Ｏに沿って検出素子の後端側から撮影し、得られた画像それぞれについて、検出素子の軸線Ｐの位置と、主体金具の軸線Ｏの位置とを特定した。なお、一例として、軸線Ｐの位置は、検出素子の後端面の対向する角同士を結んだ線の交点の位置とすればよい。また、軸線Ｏの位置は、主体金具の貫通孔の内周より導かれる中心の位置とすればよい。

そして、各画像から、各サンプルの検出素子の幅方向における軸線Ｏの位置と軸線Ｐの位置との間の距離（偏芯量）をそれぞれ測定した。同様に、各画像から、各サンプルの検出素子の厚み方向における軸線Ｏの位置と軸線Ｐの位置との間の距離（偏芯量）についても測定した。測定した結果より、検出素子の幅方向における偏芯量について、保持治具による保持有りの状態で組み立てた中間組立体のサンプルと、保持無しのサンプルとで分類し、グラフに表したものを図１４に示す。また、検出素子の厚み方向における偏芯量について、同様に分類し、グラフに表したものを図１５に示す。

中間組立体の組み立て時に検出素子の後端部を保持しなかったサンプルでは、検出素子の幅方向における偏芯量が、図１４に示すように、約−０．３ｍｍ〜約０．２ｍｍの範囲に散らばった。また、検出素子の厚み方向における偏芯量は、図１５に示すように、約−０．４ｍｍ〜約０．４ｍｍの範囲に散らばった。これと比べ、中間組立体の組み立て時に検出素子の後端部を保持したサンプルでは、検出素子の幅方向における偏芯量が、図１４に示すように、約−０．１ｍｍ〜約０．１ｍｍの範囲に収まった。また、検出素子の厚み方向における偏芯量は、図１５に示すように、約−０．２ｍｍ〜約０．２ｍｍの範囲に収まった。この評価試験の結果より明らかに、中間組立体の組み立ての際に検出素子の後端部を保持することで、主体金具の軸線Ｏと検出素子の軸線Ｐとの軸ずれを効果的に抑制することができることが確認できた。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。本実施の形態の保持治具４２０は、第１保持爪４２１および第２保持爪４２２を用い検出素子１０の後端部１２を厚み方向および幅方向の両側から保持する形態であるが、第１保持爪４２１や第２保持爪４２２は、必ずしも検出素子１０の後端部１２に当接しなくともよい。つまり、充填部材圧縮工程において、主体金具５０の軸線Ｏと検出素子１０の軸線Ｐとのずれが予め許容された公差範囲内となるように、検出素子１０の後端部１２の径方向への位置ずれを抑制（規制）できるものであればよい。

また、第１保持爪４２１および第２保持爪４２２により検出素子１０の後端部１２の厚み方向および幅方向へ移動を規制したが、一方の保持爪により検出素子１０の後端部１２を掴んで確実に保持することで径方向への移動を規制する構成であってもよい。あるいは検出素子１０の後端部１２に被せる形態の規制部材を用い、径方向全体への移動を規制できるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、主体金具５０の軸線Ｏと検出素子の１０の軸線Ｐとの軸合わせを行う場合について説明したが、軸合わせに限らず、両者の相対的な位置合わせを行う構成であってもよい。

ＴＦ（ＴｈｉｃｋＦｉｌｍ）型の素子を用いた酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなどのガスセンサの製造方法に適用し得る。

ガスセンサ１の縦断面図である。検出素子１０の斜視図である。素子ユニット２１０の斜視図である。素子ユニット２１０を金具組立体２５０に組み付ける素子保持工程について説明するための分解斜視図である。素子ユニット２１０を金具組立体２５０に組み付けた中間組立体３００を素子台座３５０に載置する様子を示す縦断面図である。保持治具４２０により検出素子１０の後端部１２を保持する前の状態を示す縦断面図である。図６の円Ａを拡大した図である。保持治具４２０の軸線Ｒと直交する平面に第１保持爪４２１，第２保持爪４２２および検出素子１０の後端部１２を投影し、それぞれの位置関係を示した図である。保持治具４２０の軸線Ｒと直交する平面に第１保持爪４２１，第２保持爪４２２および検出素子１０の後端部１２を投影し、それぞれの位置関係を示した図である。中間組立体３００の滑石リング２６に荷重を印加する様子を示す縦断面図である。保持治具４２０による検出素子１０の後端部１２の保持を解除した様子を示す縦断面図である。圧縮治具４１０および保持治具４２０を中間組立体３００から遠ざける様子を示す縦断面図である。加締治具４５０により中間組立体３００の加締め部５３の加締めを行う様子を示す縦断面図である。検出素子の幅方向における偏芯量について、保持治具による保持有りの状態で組み立てた中間組立体のサンプルと、保持無しのサンプルとで分類したグラフである。検出素子の厚み方向における偏芯量について、保持治具による保持有りの状態で組み立てた中間組立体のサンプルと、保持無しのサンプルとで分類したグラフである。

１ガスセンサ
１０検出素子
１２後端部
２４フランジ部
２６滑石リング
５０主体金具
５３加締め部
５４段部
５８貫通孔
４２１第１保持爪
４２２第２保持爪

Claims

軸線方向に延びる板状の検出素子と、
前記検出素子の周囲を取り囲む形態で一体に組み付けられるフランジ部と、
軸線方向に延び前記検出素子を挿通するための貫通孔を有し、且つ該貫通孔の内周面から径方向内向きに突出し、前記フランジ部に係合する段部を有する主体金具と
を備えるガスセンサの製造方法であって、
前記主体金具の前記貫通孔内に前記検出素子を挿入すると共に、前記フランジ部を前記段部に支持させて、前記検出素子を前記主体金具内に保持する素子保持工程と、
前記素子保持工程後に、前記検出素子の後端部の径方向への移動を規制する規制部材を、前記検出素子の後端部に当接または離間させて配置する規制部材配置工程と、
前記規制部材配置工程後に、前記フランジ部より後端側における前記主体金具の内周面と前記検出素子の外周面との間に装填された充填部材を軸線方向先端側へ向け押圧し、該充填部材を圧縮する充填部材圧縮工程と、
前記充填部材圧縮工程後に、前記主体金具の後端部を外方から押圧して径方向内向きに折り曲げて、少なくとも前記フランジ部と前記充填部材とを該後端部と前記段部との間に挟持させ、前記検出素子を前記主体金具内に固定する素子固定工程と
からなることを特徴とするガスセンサの製造方法。
前記充填部材は、粉体を環状に押し固めた固形形状をなし、
前記充填部材圧縮工程前に、固形形状のまま、前記検出素子の周囲に被せられて前記主体金具の内周に装填され、
前記充填部材圧縮工程では、押し潰されて粉体となり、前記主体金具の内周面と前記検出素子の外周面との間の隙間を埋めると共に、押し固められることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの製造方法。
前記充填部材圧縮工程後で前記素子固定工程前に、前記検出素子の後端部の径方向への移動の規制を解除する規制解除工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサの製造方法。
前記規制部材は、
前記検出素子の板厚方向において、該検出素子の後端部の移動を規制する第１規制部材と、
前記板厚方向と直交する方向において、前記検出素子の後端部の移動を規制する第２規制部材とから構成され、
前記規制部材配置工程は、
前記検出素子の後端部の前記板厚方向の両側に前記第１規制部材を当接または離間させて配置する第１規制部材配置工程と、
前記第１規制部材配置工程後に、前記検出素子の後端部の前記板厚方向と直交する方向の両側に前記第２規制部材を当接または離間させて配置する第２規制部材配置工程と
からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
前記規制部材は、前記検出素子の後端部を挟んで保持することにより、該検出素子の径方向への移動を規制することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。