JP5519618B2

JP5519618B2 - ガスセンサおよびガスセンサの製造方法

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Publication number: JP5519618B2
Application number: JP2011245748A
Authority: JP
Inventors: 康弘藤田; 充杉原; 千尋関; 尚勝渥美
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: JP2013101078A

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスなどの測定雰囲気中に含まれる酸素等の特定ガスの濃度検出に用いて好適なガスセンサおよびガスセンサの製造方法に関する。

従来、排気ガスに含まれる酸素濃度を検知するガスセンサとして、酸素イオン導電性を有するガス検出素子が設けられたセンサであって、車両の内燃機関の排気管に取付けられるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されているガスセンサの構成を説明すると（図１０参照）、ガスセンサＰ１では、ガス検出素子Ｐ２が主体金具Ｐ３内に固定されるとともに、ガス検出素子Ｐ２の後端側が金属製の外筒Ｐ４で覆われている。

この種のガスセンサＰ１では、外筒Ｐ４の内部におけるガス検出素子Ｐ２の後端側にセパレータＰ５が配置され、セパレータＰ５は、その外面および外筒Ｐ４の内面の間に配置された保持金具Ｐ６により支持されている。

さらに、外筒Ｐ４の後端は、ゴムなどの弾性部材から形成されたシール部材Ｐ７によって閉塞されている。シール部材Ｐ７には、ガス検出素子Ｐ２の内部に大気を導く大気連通孔Ｐ８が形成されている。大気連通孔Ｐ８の内部には、水滴などの侵入を防止するフィルタ部材Ｐ９と、大気連通孔Ｐ８との間でフィルタ部材Ｐ９を挟んで保持する留め金具Ｐ１０と、が挿入されている。

特許第４７２９４２７号公報

上述の特許文献では、主にガス検出素子Ｐ２および主体金具Ｐ３からなる素子側半組立体と、主に外筒Ｐ４、セパレータＰ５およびシール部材Ｐ７からなるセパレータ側半組立体と、を別々に組み立て、両半組立体を組み付けてガスセンサＰ１が製造されている。

その中のセパレータ側半組立体は、大気連通孔Ｐ８に、フィルタ部材Ｐ９および留め金具Ｐ１０を挿入したシール部材Ｐ７をセパレータＰ５の後端向き面に配置し、シール部材Ｐ７およびセパレータＰ５を外筒Ｐ４の内部に挿入している。セパレータＰ５は、外筒Ｐ４とともに加締められる保持金具Ｐ６によって、外筒Ｐ４内に保持され、シール部材Ｐ７は加締められた外筒Ｐ４によって直接保持されている。

しかしながら上述のように、フィルタ部材Ｐ９をシール部材Ｐ７に固定するのみの留め金具Ｐ１０や、セパレータＰ５を保持するのみの保持金具Ｐ６を用いる方法では、部品点数が増加するとともに、製造工程の数が増加するため、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスセンサの製造コスト低減を図ると共に、製造を容易にすることができるガスセンサおよび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、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスセンサは、軸線方向に沿って延び、測定雰囲気に含まれる特定ガス濃度を測定するセンサ素子と、該センサ素子の端部を先端側に突出させた状態で保持する主体金具と、該主体金具の後端側に配置される筒状の外筒と、該外筒内に配置され、前記外筒内に形成される基準ガス空間に外気を導入する通気孔を有するシール部材と、該シール部材の前記通気孔を覆い、前記外気の通過を許容するとともに水分の通過を阻止するシート状の通気フィルタと、前記外筒内において前記シール部材よりも先端側に配置され、前記センサ素子に接続される接続端子と前記外筒との絶縁を少なくとも図るセパレータと、を備えたガスセンサにおいて、前記セパレータの後端向き面には、前記軸線方向に沿って後端へ突出して前記通気孔に挿入されるとともに、内部が前記基準ガス空間に外気を導入する流路となる筒状部が設けられ、前記通気フィルタは、前記筒状部の外側面、および、前記通気孔の内側面との間に介在する介在部を有し、前記外筒における前記筒状部と前記介在部とが重なる領域内に、前記外筒が内側に向かって凹み、前記シール部材を内側に押圧する加締部が設けられていることを特徴とする。

本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に沿って延び、測定雰囲気に含まれる特定ガス濃度を測定するセンサ素子と、該センサ素子の端部を先端側に突出させた状態で保持する主体金具と、該主体金具の後端側に配置される筒状の外筒と、該外筒内に配置され、前記外筒内に形成される基準ガス空間に外気を導入する通気孔を有するシール部材と、該シール部材の前記通気孔を覆い、前記外気の通過を許容するとともに水分の通過を阻止するシート状の通気フィルタと、前記外筒内において前記シール部材よりも先端側に配置され、前記センサ素子に接続される接続端子と前記外筒との絶縁を少なくとも図るセパレータと、を備えたガスセンサの製造方法において、前記セパレータの後端向き面から前記軸線方向に沿って後端へ突出した筒状部を前記先端側から前記通気孔に挿入し、前記通気孔の内側面および前記筒状部の外側面の間に介在部を有する前記通気フィルタを挟持するシール挿入工程と、前記先端側から前記セパレータおよび前記シール部材を前記外筒の内部に挿入するセパレータ挿入工程と、前記外筒における前記筒状部と前記介在部とが重なる領域内を、内側に向かって凹ませることにより前記シール部材を内側に押圧する加締め工程と、を有することを特徴とする。

本発明のガスセンサおよびガスセンサの製造方法によれば、筒状部の外側面と通気孔の内側面との間に介在する介在部を有する通気フィルタを挟持するとともに、外筒における筒状部と介在部とが重なる領域内に加締部を形成することにより、ガスセンサの製造コスト低減を図ると共に、製造を容易にすることができる。つまり、セパレータの一部分である筒状部と、シール部材に形成された通気孔の間で少なくとも通気フィルタの介在部の一部を加締めることで径方向内側に押圧して保持するため、通気フィルタを保持する留め金具等の専用の部品を用いる必要がなく、部品点数を減らすことができる。また、部品点数を減らすことにより、ガスセンサを製造する際の部品を組み付ける工程数も減らすことができる。

さらに、加締部によりシール部材を内側に押圧することにより、シール部材が内側に向かって圧縮され、通気孔に挿通された筒状部は、シール部材によって周囲から押し付けられる。つまり、外筒における筒状部と重なる位置に加締部を設けることにより、シール部材およびセパレータを外筒に固定することができ、加締部を設ける位置および数を減らすことができる。

上記発明において前記筒状部は、円筒状に形成されたものであることが好ましい。
このように筒状部の形状を円筒状とすることにより、セパレータの固定をより確実にすることができると共に、セパレータの破損を抑制することができる。つまり、筒状部を円筒状に形成することで、筒状部の外側面がシール部材によって押される面圧が均一になり、面圧が低い領域の形成が抑制される。言い換えると、通気孔から筒状部が抜けることを防止する摩擦力が低くなる領域の形成が抑制され、セパレータの抜けが発生しにくくなる。逆に、上述の面圧が他よりも高い領域が形成されにくく、高い面圧によって筒状部が破損することを抑制できる。

上記発明において前記セパレータの前記後端向き面には、後端へ向かって突出するセパレータ突出部および先端へ向かって凹むセパレータ凹部の少なくとも一方が設けられ、前記シール部材における前記後端向き面と対向する対向面には、前記セパレータ突出部と嵌合されるシール凹部および前記セパレータ凹部と嵌合されるシール突出部の少なくとも一方が設けられ、前記シール部材には、前記接続端子と電気的に接続された導線が挿通される導線孔が設けられていることが好ましい。

このようにセパレータとシール部材との間で、セパレータ突出部とシール凹部との嵌合、および、セパレータ凹部とシール突出部との嵌合の少なくとも一方を行うことにより、セパレータとシール部材との相対姿勢を定めることができる。そのため、シール部材の導線孔と導線との相対位置も定まることになり、接続端子から延びる導線と、導線孔との相対位置を一致させやすくなる。

上記発明において前記シール突出部における端部近傍の側面には、前記軸線方向と交差する方向に突出する係合凸部が設けられ、前記セパレータ凹部における前記係合凸部と対向する内側面には、前記セパレータ凹部に嵌め合わされた前記シール突出部の前記係合凸部が係合される係合凹部が設けられていることが好ましい。

このようにシール突出部に係合凸部を設け、セパレータ凹部に係合凹部を設けて、係合凸部および係合凹部を係合させることにより、一度、嵌め合わされたシール突出部とセパレータ凹部とが離れにくくなる。言い換えると、シール部材とセパレータとが分離しにくくなる。そのため、ガスセンサを製造する際に、一度嵌め合わせたシール突出部とセパレータ凹部とが離れにくく、製造工程の簡略化を図ることができる。

本発明のガスセンサおよびガスセンサの製造方法によれば、筒状部の外側面と通気孔の内側面との間に介在部を有する通気フィルタを挟持するとともに、外筒における筒状部と介在部とが重なる領域内に加締部を形成することにより、ガスセンサの製造コスト低減を図ると共に、製造を容易にすることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図である。図１のガス検出素子の構成を説明する図である。図１のセパレータおよびシール部材の構成を説明する斜視図である。図１のガスセンサの組み付け方法を説明する図である。図４の端子側半組立体の組み付け方法を説明する図である。図１のシール部材の別の実施例を説明する斜視図である。図１のシール部材の更に別の実施例を説明する斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るガスセンサのセパレータおよびシール部材の構成を説明する斜視図である。図８のセパレータおよびシール部材の構成を説明する断面図である。従来のガスセンサの構成を説明する断面図である。

〔第１の実施形態〕
この発明の第１の実施形態に係るガスセンサについて、図１から図８を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の全体構成を説明する断面視図である。

本実施形態では、本発明のガスセンサを、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路に締結され、排気流路内にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサに適用して説明する。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、主体金具６０に対してプロテクタ８０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。

本実施形態のガスセンサ１は、後述するガス検出素子１０を加熱するためのヒータ２０を備えたセンサであり、ヒータ２０の熱によってガス検出素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。

ガスセンサ１には、図１に示すように、ガス検出素子（センサ素子）１０と、ヒータ２０と、セパレータ３０と、シール部材４０と、端子金具（接続端子）５０と、リード線（導線）５５とが主として備えられているとともに、それらの周囲を覆う主体金具６０と、プロテクタ８０と、外筒９０等が備えられている。

図２は、図１のガス検出素子１０の構成を説明する図であり、ガス検出素子１０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものである。ガス検出素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成された筒部１２と、筒部１２の先端側の端部（図２の下側の端部）が閉塞された素子本体１１から主に構成されている。素子本体１１の中央部の外周には、径方向外向きに突出する鍔部１４が周方向にわたって設けられている。なお、ガス検出素子１０の内面は、大気が導かれる基準ガス空間と接し、外面は内燃機関の排気流路を流れる測定雰囲気である排気ガスと接している。

素子本体１１を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものである。この個体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体に、さらにＨｆＯ₂が含有された固体電解質を使用しても良い。

素子本体１１の外周面には、外側電極１６と、縦リード部１７と、環状リード部１８とが形成されている。外側電極１６は、ガス検出素子１０の先端側に、ＰｔあるいはＰｔ合金（以下、「Ｐｔ等」と表記する。）を多孔質に形成した電極である。縦リード部１７は、外側電極１６から軸線方向に延びる導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。環状リード部１８は、ガス検出素子１０の後端側（図２の上方）に環状に形成され、縦リード部１７と導電可能に接続される導電部であり、Ｐｔ等から形成されたものである。素子本体１１の内周面には、Ｐｔ等を多孔質に形成した内側電極１９が形成されている。なお、ガス検出素子１０は上述のように筒状に形成されたものであってもよいし、板状に形成されたものであってもよく、その形状を限定するものではない。

ヒータ２０は、図１に示すように、ガス検出素子１０の内部に配置されて素子本体１１の加熱を行う長尺の加熱手段である。ヒータ２０の先端側には、電力が供給されることにより熱を発生する発熱部（図示せず。）が設けられている。なお、本実施形態では丸棒状のヒータを用いた例に適用して説明するが、ヒータの形状は、丸棒状に限らず、筒状または柱状であっても良い。

さらにヒータ２０は、ガス検出素子１０の軸線に対して斜めに配置され、ヒータ２０の発熱部は、素子本体１１の筒部１２における側面である内周面と直接に接触している。ヒータ２０の後端には、発熱部と電気的に接続され、発熱部に電力を供給する一対の電極２６が設けられている。図１では、一対の電極２６のうち一方の電極のみが図示されている。

セパレータ３０は、図１に示すように、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０には、端子金具５０や電極２６などを収納する収容部３１が設けられている。収容部３１は、セパレータ３０を軸線Ｏ方向に貫通して形成された貫通孔であり、セパレータ３０よりも先端側の空間と、後端側の空間との間で大気の流通を可能とするものである。

図３は、図１のセパレータ３０およびシール部材４０の構成を説明する斜視図であり、図３（ａ）は、セパレータ３０およびシール部材４０が分離した状態を示し、図３（ｂ）は、セパレータ３０およびシール部材４０が組み合わされた状態を示している。

さらに、セパレータ３０には、図１および図３（ａ）に示すように、シール部材４０側の端部の径が、その他の部分の径よりも大きくなるフランジ部３２と、シール部材４０と対向する面である後端向き面３３の中心から、軸線Ｏに沿ってシール部材４０に向かって突出する円筒状の筒状部３４と、ガス検出素子１０に向かって凹むセパレータ凹部３５と、が設けられている。

フランジ部３２には、フランジ部３２の円筒状の側面を平面で切り落とした形状の切欠き面３６が設けられている。切欠き面３６を基準とすることにより、ガスセンサ１に組み付けるために、複数のフランジ部３２を並べて配置した際に、フランジ部３２を同じ姿勢で整列させやすくなる。言い換えると軸線Ｏを中心とした位相をそろえて整列させやすくなる。これにより、後述するフランジ部３２の組み付けの際に、フランジ部３２の姿勢を一定に保つことができ、フランジ部３２の組み付けが容易になる。

筒状部３４は、後述するシール部材４０の通気孔４１に挿入されるものであり、通気孔４１の内周面と筒状部３４の外周面との間で、通気フィルタ４５を挟んで保持するものである。筒状部３４の内部空間は、大気をガス検出素子１０の内部に導く流路とされている。なお、筒状部３４は、上述のように円筒状に形成されたものであってもよいし、その他の形状、例えば角筒状に形成されたものであってもよい。

セパレータ凹部３５は、後述するシール部材４０のシール突出部４３と嵌合されるものであり、筒状部３４を中心として径方向外側に向かって溝状に延びるものである。言い換えると、筒状部３４を中心とした、セパレータ３０とシール部材４０との相対的な配置位相を定めるものである。本実施形態では、４つのセパレータ凹部３５が、周方向に等間隔に（言い換えると、９０°間隔で）配置されている例に適用して説明する。

シール部材４０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、図１に示すように、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。シール部材４０は、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成され、外筒９０の後端を塞ぐ部材である。具体的には、シール部材４０は、外筒９０の後端側の開口に嵌め込まれ、セパレータ３０の後端向き面３３に当接している。なお、シール部材４０は、上述のようにセパレータ３０の後端向き面３３に当接していてもよいし、後端向き面３３と当接していなくてもよく、接触の有無を限定するものではない。

シール部材４０の径方向の中央には、軸線Ｏ方向に貫通する通気孔４１が形成されると共に、通気孔４１よりも径方向外側に軸線Ｏ方向に貫通する４つのリード線挿通孔（導線孔）４２が周方向に等間隔に形成され、さらに、シール部材４０におけるセパレータ３０と対向する面には、セパレータ凹部３５と嵌め合わされるシール突出部４３が形成されている。

シール突出部４３を基準とすることにより、ガスセンサ１に組み付けるために、複数のシール部材４０が並べて配置した際に、シール部材４０を、軸線Ｏを中心とした位相をそろえて整列させやすくなる。これにより、後述するシール部材４０の組み付けの際に、シール部材４０の姿勢を一定に保つことができ、シール部材４０の組み付けが容易になる。

通気孔４１は、シール部材４０により閉塞された外筒９０の内部を通じて、ガス検出素子１０の内部に大気を導く貫通孔である。通気孔４１の内部には、通気フィルタ４５が配置されている。通気フィルタ４５は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂を用いて、後端側が閉塞された筒状の形状に形成されたものであり、マイクロメータ単位の網目構造を有する薄膜状のフィルタである。そのため、通気フィルタ４５は、水滴等の透過を許さず、大気の通過は許容するものである。通気フィルタ４５における筒状の部分は介在部４６であり、介在部４６は、通気孔４１の内周面と筒状部３４の外周面との間に挟まれて介在するものである。

端子金具５０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された４つの金具であり、それぞれが素子本体１１の外側電極１６および内側電極１９、並びに、ヒータ２０の一対の電極２６と電気的に接続されるものである。それぞれの端子金具５０には、リード線５５の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図１では、４本のリード線５５のうち３本のリード線５５が図示されている。

主体金具６０は、図１に示すように、ステンレス合金（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具６０には、ガス検出素子１０の鍔部１４を支持する段部６１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。

主体金具６０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関の排気流路に取付けるネジ部６２と、ネジ部６２を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部６３と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部６２と六角部６３との間には、環状のガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ガスセンサ１と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。

主体金具６０におけるネジ部６２よりも先端側には、後述するプロテクタ８０が係合される先端係合部６５が形成されている。先端係合部６５は、ネジ部６２よりも外周面の径が小さく形成された部分である。また、主体金具６０における六角部６３よりも後端側には、六角部６３から後端側に向かって順に、外筒９０と係合される後端係合部６６と、ガス検出素子１０を加締め固定する加締固定部６７と、が形成されている。

主体金具６０の内部には、段部６１から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン７１、アルミナからなる筒状の支持部材７２、金属製の後端側パッキン７３、滑石の粉末からなる充填部材７４、アルミナ製のスリーブ７５、および、環状のリング７６が配置されている。支持部材７２の内周面には段部が形成されており、当該段部により素子本体１１の鍔部１４が支持されている。なお、支持部材７２と鍔部１４との間に後端側パッキン７３が挟まれて配置されている。

リング７６は、スリーブ７５と加締固定部６７との間に配置されるものであり、加締固定部６７が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材７４、後端側パッキン７３、支持部材７２、先端側パッキン７１に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材７４は軸線Ｏ方向に圧縮充填され、かつ、主体金具６０の内周面および素子本体１１の外周面との隙間を気密に埋める。

プロテクタ８０は、ガスセンサ１がシリンダヘッドに取り付けられた際に、流路内に突出するガス検出素子１０の先端を、流路内を流れる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８０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガス検出素子１０の先端を覆う保護部材である。プロテクタ８０は、軸線方向に延びる筒状の部材であって、先端が閉塞された形状に形成されている。プロテクタ８０の後端縁は、主体金具６０の先端係合部６５に溶接によって固定されている。

プロテクタ８０には、有底筒状に形成され開放された側の周縁部が先端係合部６５に嵌め合わされる外側プロテクタ８１と、外側プロテクタ８１の内部に固定された有底筒状に形成された内側プロテクタ８２と、が設けられている。言い換えると、プロテクタ８０は、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２からなる２重構造を有している。

外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の円筒面には、内部にガスを導入する導入口８３が設けられている。図１では、外側プロテクタ８１の導入口８３のみが図示されており、内側プロテクタ８２の導入口８３は配置の関係上、図示されていない。さらに、外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の底面には、内部に入り込んだ水滴や、ガスを排出する外側排出口８４、内側排出口８５がそれぞれ設けられている。

外筒９０は、主体金具６０とは異なるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４Ｌ）から形成された部材であり、外筒９０の内部に主体金具６０の後端係合部６６が差し込まれて、主体金具６０に加締めや溶接などの方法を用いて固定されるものである。外筒９０の内部には、主体金具６０の後端から突出したガス検出素子１０の後端や、セパレータ３０や、シール部材４０が配置されている。

外筒９０の側面におけるセパレータ３０の筒状部３４と重なる位置には、加締部９１が形成されている。加締部９１は、外筒９０を径方向内側に向かって凹状に変形させた部分であり、外筒９０を周方向に一周する溝状に形成された部分である。また、加締部９１は、シール部材４０およびセパレータ３０を外筒９０に固定するものである。

次に、上記の構成からなるガスセンサ１の製造方法について、図４および図５を参照しながら説明する。
ガスセンサ１は、図４に示すように、ガス検出素子１０や主体金具６０を含む素子側半組立体１０１、および、セパレータ３０やシール部材４０や外筒９０を含む端子側半組立体１０２のそれぞれを組み付けた後に、両者を一体に組み付けて製造される。

ここでは、本実施形態の特徴である端子側半組立体１０２の組み付け方法（製造方法）について、図５を参照しながら説明する。なお、素子側半組立体１０１の組み付け方法は、従来の組み付け方法と同様であるため、その説明を省略する。

まず、シール部材４０の通気孔４１にシート状に形成された通気フィルタ４５を被せた状態で、セパレータ３０の筒状部３４が、先端側から（図５の下側から）通気孔４１に挿入される（シール挿入工程）。これにより、通気フィルタ４５は後端側が閉塞された筒状の形状に形成され、通気孔４１の内周面と筒状部３４の外周面との間に通気フィルタ４５の介在部４６が挟まれる。このシール部材４０、通気フィルタ４５およびセパレータ３０から構成される組立体を、セパレータ組立体と呼ぶ。

また、通気孔４１に筒状部３４が挿入される際には、シール部材４０のシール突出部４３が、セパレータ３０のセパレータ凹部３５に嵌め合わされ、セパレータ３０およびシール部材４０の周方向における相対的な位置（位相）が定められる。シール部材４０は、セパレータ３０の後端向き面３３と対向する面が、後端向き面３３に接触する位置まで挿入される。このとき、切欠き面３６およびシール突出部４３を基準とすることにより、セパレータ３０とシール部材４０との相対位置を定めやすくなり、シール突出部４３をセパレータ凹部３５に嵌め合わせやすくなる。

その後、外筒９０の後端側の開口部、セパレータ組立体のリード線挿通孔４２、収容部３１順にリード線５５を通し、リード線５５の先端側の端部をセパレータ組立体から先端側に突出させる。突出したリード線５５の先端側の端部には、端子金具５０が加締められ、端子金具５０はセパレータ３０の収容部３１に引き込まれる。

端子金具５０を収容部３１に引き込むと同時に、または、その後に外筒９０の内部に、セパレータ組立体が先端側から引き込まれる（セパレータ挿入工程）。このとき、セパレータ３０は外筒９０の後端側に形成された、外筒９０の径が小さくなる外筒段差部９２に当接する位置に配置される。これにより、端子側半組立体１０２が完成する。

完成した端子側半組立体１０２は、素子側半組立体１０１に挿入され、その後、外筒９０における筒状部３４と重なる位置に、加締部９１が形成され、外筒９０に対してシール部材４０およびセパレータ３０が固定される（加締め工程）。加締部９１を形成することにより、外筒９０がシール部材４０に向かって（内側に向かって）凹み、シール部材４０が内側に向かって押圧され、シール部材４０が外筒９０に対して固定される。

さらに、シール部材４０が内側に向かって押圧されると、通気孔４１に挿入された筒状部３４の外周面が、シール部材４０の通気孔４１の内周面によって押圧され、セパレータ３０がシール部材４０を介して外筒９０に固定される。

なお、加締部９１の形成は、上述のように、端子側半組立体１０２を素子側半組立体１０１に挿入した後に行われてもよいし、素子側半組立体１０１への挿入の前に行ってもよく、形成のタイミングを限定するものではない。

上記の構成のガスセンサ１によれば、筒状部３４の外側面と通気孔４１の内側面との間に介在する介在部４６を有する通気フィルタ４５を挟持するとともに、外筒９０における筒状部３４と介在部４６とが重なる領域内に加締部９１を形成することにより、ガスセンサ１の製造コスト低減を図ると共に、製造を容易にすることができる。

つまり、セパレータ３０の一部分である筒状部３４と、シール部材４０に形成された通気孔４１の間で少なくとも通気フィルタ４５の介在部４６の一部を加締めることで径方向内側に押圧して保持するため、通気フィルタ４５を保持する専用の部品を用いる必要がなく、留め金具等の部品点数を減らすことができる。また、部品点数を減らすことにより、ガスセンサ１を製造する際の部品を組み付ける工程数も減らすことができる。

さらに、加締部９１によりシール部材４０を内側に押圧することにより、シール部材４０が内側に向かって圧縮され、通気孔４１に挿通された筒状部３４は、シール部材４０によって周囲から押し付けられる。つまり、外筒９０における筒状部３４と重なる位置に加締部９１を設けることにより、シール部材４０およびセパレータ３０を外筒９０固定することができ、加締部９１を設ける位置および数を減らすことができる。

また、筒状部３４の形状を円筒状とすることにより、セパレータ３０の固定をより確実にすることができると共に、セパレータ３０の破損を抑制することができる。つまり、筒状部３４を円筒状に形成することで、筒状部３４の外側面がシール部材４０によって押される面圧が均一になり、面圧が低い領域の形成が抑制される。言い換えると、通気孔４１から筒状部３４が抜けることを防止する摩擦力が低くなる領域の形成が抑制され、セパレータ３０の抜けが発生しにくくなる。逆に、上述の面圧が他よりも高い領域が形成されにくく、高い面圧によって筒状部３４が破損することを抑制できる。

セパレータ３０とシール部材４０との間で、セパレータ凹部３５とシール突出部４３との嵌め合わせを行うことにより、セパレータ３０とシール部材４０との相対姿勢を定めることができる。そのため、シール部材４０のリード線挿通孔４２とリード線５５との相対位置も定まることになり、端子金具５０から延びるリード線５５と、リード線挿通孔４２との相対位置を一致させやすくなる。

なお、上述の実施形態のように、シール部材４０が略円柱状または円筒状に形成されたものであってもよいし、図６に示すように、セパレータ３０側の端部に、径が大きくなった鍔部２４４が設けられた形状に形成されたシール部材２４０であってもよい。

本実施形態のような鍔部２４４が設けられていないシール部材４０の場合には、セパレータ３０の後端向き面３３が外筒９０の外筒段差部９２と直接接触するため（図１参照）、外筒９０に対するセパレータ３０およびシール部材４０の相対位置を高い精度で保つことができる。これに対して、図６に示すように、シール部材２４０に鍔部２４４を設けた場合、鍔部２４４が外筒段差部９２と接触することになり、シール部材２４０が外筒９０の後端側に抜けにくくなる。

さらに、上述の実施形態のように、シール部材４０にシール突出部４３を設け、セパレータ３０にセパレータ凹部３５を設けて、シール突出部４３およびセパレータ凹部３５を嵌め合わせてもよいし、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、セパレータ３３０にセパレータ突出部３３５を設け、シール部材３４０にシール凹部３４３を設けて、セパレータ突出部３３５およびシール凹部３４３を嵌め合わせてもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図８および図９を参照して説明する。本実施形態のガスセンサの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、セパレータおよびシール部材の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８および図９を用いてセパレータおよびシール部材の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のガスセンサ４０１におけるセパレータ４３０は、第１の実施形態のセパレータ３０と同様に、ガス検出素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である（図１参照）。

セパレータ４３０には、図８（ａ）、図８（ｂ）および図９に示すように、収容部３１と、フランジ部３２と、筒状部３４と、セパレータ凹部４３５と、が主に設けられている。

セパレータ凹部４３５は、後述するシール部材４４０のシール突出部４４３と嵌合されるものであり、筒状部３４を中心として周方向に等間隔に（言い換えると、９０°間隔で）配置された凹みである。

セパレータ凹部４３５の側面における底面側には、筒状部３４を中心とした径方向外側に向かって開口が設けられ、後述するシール突出部４４３に設けられた係合凸部４４４が係合される係合凹部４４６が形成されている。

本実施形態のシール部材４４０は、第１の実施形態のシール部材４０と同様に、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、ガスセンサ４０１の後端に配置される部材である（図１参照）。

シール部材４４０には、通気孔４１と、リード線挿通孔４２と、シール突出部４４３とが主に設けられている。シール突出部４４３は、シール部材４４０におけるセパレータ４３０と対向する面からセパレータ４３０に向かって突出する柱状の部材である。シール突出部４４３のセパレータ４３０側の端部における外側面には、径方向外側に向かって突出する係合凸部４４４が設けられている。

このようにシール突出部４４３に係合凸部４４４を設け、セパレータ凹部４３５に係合凹部４４６を設けて、係合凸部４４４および係合凹部４４６を係合させることにより、一度、嵌め合わされたシール突出部４４３とセパレータ凹部４３５とが離れにくくすることができる。言い換えると、シール部材４４０とセパレータ４３０とが分離しにくくなる。そのため、ガスセンサ４０１を製造する際に、一度嵌め合わせたシール突出部４４３とセパレータ凹部４３５とが離れにくく、製造工程の簡略化を図ることができる。

１，４０１…ガスセンサ、１０…ガス検出素子（センサ素子）、３０，３３０…セパレータ、３３…後端向き面、３４…筒状部、３５，４３５…セパレータ凹部、４０，２４０，３４０…シール部材、４１…通気孔、４２…リード線挿通孔（導線孔）、４３，４４３…シール突出部、４５…通気フィルタ、４６…介在部、５０…端子金具（接続端子）、５５…リード線（導線）、６０…主体金具、９０…外筒、９１…加締部、３３５…セパレータ突出部、３４３…シール凹部、４４６…係合凹部、４４４…係合凸部

Claims

軸線方向に沿って延び、測定雰囲気に含まれる特定ガス濃度を測定するセンサ素子と、
該センサ素子の端部を先端側に突出させた状態で保持する主体金具と、
該主体金具の後端側に配置される筒状の外筒と、
該外筒内に配置され、前記外筒内に形成される基準ガス空間に外気を導入する通気孔を有するシール部材と、
該シール部材の前記通気孔を覆い、前記外気の通過を許容するとともに水分の通過を阻止するシート状の通気フィルタと、
前記外筒内において前記シール部材よりも先端側に配置され、前記センサ素子に接続される接続端子と前記外筒との絶縁を少なくとも図るセパレータと、
を備えたガスセンサにおいて、
前記セパレータの後端向き面には、前記軸線方向に沿って後端へ突出して前記通気孔に挿入されるとともに、内部が前記基準ガス空間に外気を導入する流路となる筒状部が設けられ、
前記通気フィルタは、前記筒状部の外側面、および、前記通気孔の内側面との間に介在する介在部を有し、
前記外筒における前記筒状部と前記介在部とが重なる領域内に、前記外筒が内側に向かって凹み、前記シール部材を内側に押圧する加締部が設けられていることを特徴とするガスセンサ。
前記筒状部は、円筒状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記セパレータの前記後端向き面には、後端へ向かって突出するセパレータ突出部および先端へ向かって凹むセパレータ凹部の少なくとも一方が設けられ、
前記シール部材における前記後端向き面と対向する対向面には、前記セパレータ突出部と嵌合されるシール凹部および前記セパレータ凹部と嵌合されるシール突出部の少なくとも一方が設けられ、
前記シール部材には、前記接続端子と電気的に接続された導線が挿通される導線孔が設けられている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。
前記シール突出部における端部近傍の側面には、前記軸線方向と交差する方向に突出する係合凸部が設けられ、
前記セパレータ凹部における前記係合凸部と対向する内側面には、前記セパレータ凹部に嵌め合わされた前記シール突出部の前記係合凸部が係合される係合凹部が設けられていることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
軸線方向に沿って延び、測定雰囲気に含まれる特定ガス濃度を測定するセンサ素子と、
該センサ素子の端部を先端側に突出させた状態で保持する主体金具と、
該主体金具の後端側に配置される筒状の外筒と、
該外筒内に配置され、前記外筒内に形成される基準ガス空間に外気を導入する通気孔を有するシール部材と、
該シール部材の前記通気孔を覆い、前記外気の通過を許容するとともに水分の通過を阻止するシート状の通気フィルタと、
前記外筒内において前記シール部材よりも先端側に配置され、前記センサ素子に接続される接続端子と前記外筒との絶縁を少なくとも図るセパレータと、
を備えたガスセンサの製造方法において、
前記セパレータの後端向き面から前記軸線方向に沿って後端へ突出した筒状部を前記先端側から前記通気孔に挿入し、前記通気孔の内側面および前記筒状部の外側面の間に介在部を有する前記通気フィルタを挟持するシール挿入工程と、
前記先端側から前記セパレータおよび前記シール部材を前記外筒の内部に挿入するセパレータ挿入工程と、
前記外筒における前記筒状部と前記介在部とが重なる領域内を、内側に向かって凹ませることにより前記シール部材を内側に押圧する加締め工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。