JP6026904B2 - ガスセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサおよびその製造方法に関する。

車両に備えられたエンジンの排気管には、一般的に、ガスセンサが取り付けられる。例えば、特許文献１に記載されたガスセンサは、筒型のガスセンサ素子と、そのガスセンサ素子を取り囲む主体金具と、その主体金具の後端部に取り付けられた、筒状の部材（以下では、内側筒部材という）とを備えている。さらに、この内側筒部材には、フィルタを挟んで、外側から筒状の部材（以下では、外側筒部材という）が固定されている。また、外側筒部材の内側の後端部には、グロメットと呼ばれるシール部材が配置されており、このシール部材の先端側には、電気絶縁性を有するセパレータが配置されている。さらに、グロメット及びセパレータを貫通するようにして、ガスセンサ素子に接続する接続端子付きリード線が内側筒部材内に配置されている。

こうしたガスセンサは、例えば、以下のような製造方法によって作成することができる。まず、ガスセンサ素子を主体金具に挿入すると共に、内側筒部材を主体金具に組み付け、下部組立体を形成する。他方、セパレータ及びグロメットに端子金具付きリード線を挿通し、これを外側筒部材内に配置し、上部組立体を形成する。そして、上部組立体と下部組立体とを（フィルタを介在させつつ）組み付ける。この際、上部組立体の外側筒部材内に下部組立体の内側筒部材が挿入されることになる。その後、外側筒部材の先端側を内側筒部材と共に加締めることで、外側筒部材が内側筒部材に固定されることになる。

特開２０００−３１４７１５号公報

このようなガスセンサの構成において、外側筒部材を内側筒部材に強固に固定するためには、内側筒部材と外側筒部材との接触面積を大きくするため、内側筒部材をできるだけ外側筒部材の後端部まで延出させることが好ましい。そうすると、シール部材と外側筒部材との間に内側筒部材が挿入される構成となり得る。このような構成では、シール部材と外側筒部材との間に内側筒部材が挿入される空間（クリアランス）が必要になる。このように、シール部材と外側筒部材との間に空間が存在すると、ガスセンサの製造中、上述した上部組立体において、外側筒部材の中でシール部材やその先端側に配置されたセパレータがぐらつき、内側筒部材を前述の空間内に挿入することが困難になる場合があり得る。よって、本発明が解決しようとする課題は、シール部材と外側筒部材との間に内側筒部材を安定して挿入可能とすることで、ガスセンサを容易に製造可能とする技術を提供することである。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
軸線方向に伸びるセンサ素子と、
前記センサ素子の外周の一部を筒状に覆う主体金具と、
電気絶縁性を有し、前記センサ素子の後端側に配置された筒状のセパレータと、
前記セパレータの後端側に配置された筒状のシール部材と、
前記センサ素子に電気的に接続され、前記セパレータと前記シール部材とを貫通する接続端子付きリード線と、
前記主体金具の後端側に固定され、前記セパレータの外周と前記シール部材の外周の一部とを筒状に覆う内側筒部材と、
前記シール部材の後端面の少なくとも一部を覆うように内側に折れ曲がる後端部を有し、前記内側筒部材の外周の少なくとも一部を筒状に覆い、前記内側筒部材とともに加締められる外側筒部材と、
を備えるガスセンサであって、
前記シール部材は、胴部と、該胴部の後端側に位置する鍔部と、を有し、
前記胴部は、少なくとも一部が前記内側筒部材内に配置され、
前記鍔部は、前記内側筒部材の後端側に配置されており、該鍔部の外側面は、前記外側筒部材の内側面に圧接しており、
前記内側筒部材と前記鍔部とが離間していることを特徴とする。また、本発明は以下の形態としても実現可能である。

（１）本発明の一形態によれば、ガスセンサが提供される。このガスセンサは、軸線方向に伸びるセンサ素子と；前記センサ素子の外周の一部を筒状に覆う主体金具と；電気絶縁性を有し、前記センサ素子の後端側に配置された筒状のセパレータと；前記セパレータの後端側に配置された筒状のシール部材と；前記センサ素子に電気的に接続され、前記セパレータと前記シール部材とを貫通する接続端子付きリード線と；前記主体金具の後端側に固定され、前記セパレータの外周と前記シール部材の外周の一部とを筒状に覆う内側筒部材と；前記シール部材の後端面の少なくとも一部を覆うように内側に折れ曲がる後端部を有し、前記内側筒部材の外周の少なくとも一部を筒状に覆い、前記内側筒部材とともに加締められる外側筒部材と；を備える。そして、前記シール部材は、胴部と、該胴部の後端側に位置する鍔部と、を有し；前記胴部は、少なくとも一部が前記内側筒部材内に配置され；前記鍔部は、前記内側筒部材の後端側に配置されており、該鍔部の外側面は、前記外側筒部材の内側面に圧接していることを特徴とする。このような形態のガスセンサであれば、シール部材の鍔部の外側面が、外側筒部材の内側面に圧接しているため、ガスセンサの製造中において、外側筒部材の中でシール部材やその先端側に位置するセパレータがぐらつくことが抑制される。この結果、シール部材の胴部と外側筒部材との間に形成された空間に、内側筒部材をスムーズに挿入することができる。よって、ガスセンサを容易に製造することが可能になる。また、シール部材の鍔部の外側面が、外側筒部材の内側面に圧接しているため、外側筒部材とシール部材との隙間から、水分がガスセンサの内部に浸入することを抑制することができる。この結果、外側筒部材の内部に配置された内側筒部材に錆が発生してしまうことや、センサ素子の内部に水分が浸入して正確にガスの濃度を検出することができなくなることを抑制することができる。

（２）上記ガスセンサにおいて、前記セパレータの外側面は、前記内側筒部材の内側面から離間していてもよい。このような形態のガスセンサでは、シール部材の鍔部の外側面が外側筒部材の内側面に圧接しているため、接続端子付きリード線にてシール部材と共に挿通されたセパレータのぐらつきも抑制される。この結果、内側筒部材の内側面から離間しているためにぐらつきやすいセパレータを内側筒部材内に配置することも容易となる。よって、ガスセンサを容易に製造することが可能になる。そのうえ、セパレータが内側筒部材から離間しているため、外部からの衝撃によって外側筒部材や内側筒部材が変形したとしても、セパレータに衝撃が加わることがなく、セパレータが損傷してしまうことを抑制することができる。

（３）上記ガスセンサにおいて、前記主体金具は、前記外側電極と電気的に接触していてもよい。このような形態のガスセンサであれば、リード線の本数を削減することができるので、構成を簡素化することが可能になる。

（４）上記ガスセンサにおいて、前記内側筒部材と前記鍔部とは離間していてもよい。このような構成であれば、内側筒部材の後端がシール部材の鍔部に接触することがない。そのため、内側筒部材の端部がシール部材の鍔部に接触することにより、シール部材の鍔部に内側筒部材の端部が与える応力によって、鍔部と外側筒部材との間の圧接が開放されてしまうことを抑制することができる。この結果、シール部材やセパレータのぐらつきを一層抑制することが可能になる。

（５）上記ガスセンサにおいて、前記内側筒部材と前記外側筒部材とは、前記内側筒部材の後端が前記鍔部から離れるように加締められてもよい。このような形態のガスセンサであれば、加締めによって、内側筒部材の後端をシール部材の鍔部から確実に離間させることができるので、内側筒部材の端部がシール部材の鍔部に接触してしまうことをより効果的に抑制することができる。

（６）本発明の他の形態によれば、ガスセンサの製造方法が提供される。この製造方法は、（Ａ）電気絶縁性を有する筒状のセパレータと、胴部および該胴部の後端側に位置する鍔部を有し前記セパレータの後端側に位置する筒状のシール部材と、に貫通し、前記セパレータよりも先端側に突出する接続端子付きリード線を用意する工程と；（Ｂ）前記接続端子付きリード線が貫通した前記シール部材の前記鍔部を、内側に折れ曲がる後端部を有する外側筒部材に、該外側筒部材の先端側から前記後端部に向けて圧入することにより、前記外側筒部材と前記セパレータと前記シール部材と前記接続端子付きリード線とを一体化したセパレータアッセンブリを形成する工程と；（Ｃ）前記セパレータアッセンブリの前記外側筒部材を、該外側筒部材の前記後端部が鉛直下方を向くように把持する工程と、；（Ｄ）筒状の主体金具内に、センサ素子を組み込み、前記主体金具の後端側に内側筒部材を固定することで、前記主体金具と前記センサ素子と前記内側筒部材とを備えるセンサ素子アッセンブリを形成する工程と；（Ｅ）前記工程（Ｃ）の後に、前記センサ素子アッセンブリを、前記内側筒部材側が鉛直下方に向いた状態で、前記セパレータアッセンブリに差し込むことで、前記接続端子付きリード線と前記センサ素子とを電気的に接続するとともに、前記セパレータと、前記シール部材の前記胴部の少なくとも一部と、を前記内側筒部材内に配置し、更に、前記外側筒部材を前記内側筒部材の外周に配置させつつ、前記外側筒部材の前記後端部と前記内側筒部材の後端面との間に前記シール部材の前記鍔部を配置させる工程と；（Ｆ）前記外側筒部材を前記内側筒部材とともに加締める工程と、を備える。このような形態のガスセンサの製造方法によれば、シール部材の鍔部を外側筒部材の後端部に圧入するため、ガスセンサの製造途中において、セパレータアッセンブリに備えられたシール部材やその先端側に位置するセパレータがぐらつくことが抑制される。この結果、センサ素子アッセンブリをセパレータアッセンブリにスムーズに差し込むことが可能になる。よって、ガスセンサを容易に製造することが可能になる。また、シール部材の鍔部を外側筒部材の後端部に圧入するため、外側筒部材とシール部材との隙間から、水分がガスセンサの内部に浸入することを抑制することができる。この結果、外側筒部材の内部に配置された内側筒部材に錆が発生してしまうことや、センサ素子の内部に水分が浸入して正確にガスの濃度を検出することができなくなることを抑制することができる。

（７）上記ガスセンサの製造方法において、前記工程（Ｅ）では、前記セパレータと前記シール部材の前記胴部とが前記内側筒部材内に配置された際に、前記セパレータの外側面が、前記内側筒部材の内側面から離れていてもよい。このような形態のガスセンサの製造方法によれば、シール部材の鍔部が外側筒部材の後端部に圧入されることにより、接続端子付きリード線にてシール部材と共に挿通されたセパレータのぐらつきも抑制されるので、内側筒部材の内側面から離間しているためにぐらつきやすいセパレータを内側筒部材内に配置することも容易となる。よって、ガスセンサを容易に製造することが可能になる。そのうえ、セパレータが内側筒部材から離間しているため、外部からの衝撃によって外側筒部材や内側筒部材が変形したとしても、セパレータに衝撃が加わることがなく、セパレータが損傷してしまうことを抑制することができる。

（８）上記ガスセンサの製造方法において、前記工程（Ｄ）では、前記センサ素子の外表面に設けられた外側電極を前記主体金具に電気的に接触させてもよい。このような形態のガスセンサの製造方法によれば、リード線の本数を削減することができるので、構成を簡素化することが可能になる。

（９）上記ガスセンサの製造方法において、前記工程（Ｅ）では、前記センサ素子アッセンブリを前記セパレータアッセンブリに差し込んだ際に、前記内側筒部材と前記鍔部とが離間していてもよい。このような形態のガスセンサの製造方法であれば、内側筒部材の後端がシール部材の鍔部に接触することがない。そのため、内側筒部材の端部がシール部材の鍔部に接触することによって、前述の圧入により、シール部材の鍔部に内側筒部材の端部が与える応力によって、鍔部と外側筒部材とに生じている力が開放されてしまうことを抑制することができる。この結果、シール部材やセパレータのぐらつきを一層抑制することが可能になる。

（１０）上記ガスセンサの製造方法において、前記工程（Ｆ）では、前記内側筒部材の後端が前記鍔部から離れるようにして、前記外側筒部材を前記内側筒部材とともに加締めてもよい。このような形態のガスセンサの製造方法によれば、加締めによって、内側筒部材の後端をシール部材の鍔部から確実に離間させることができるので、内側筒部材の端部がシール部材の鍔部に接触してしまうことをより効果的に抑制することができる。

本発明は、上述したガスセンサおよびガスセンサの製造方法としての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、ガスセンサを備える車両等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのガスセンサの外観図である。 ガスセンサの断面図である。 センサ素子の外観を表わす説明図である。 ガスセンサの製造方法のフローチャートである。 ガスセンサの製造方法の工程ＡおよびＢの概念を示す図である。 ガスセンサの製造方法の工程Ｃ〜Ｆの概念を示す図である。 外側筒部材の後端部に設けられた開口部から水分が浸入する様子を示す図である。

Ａ．ガスセンサの構成
図１は、本発明の一実施形態としてのガスセンサの外観図である。以下では、図１におけるガスセンサ１００の軸線Ｏに沿った紙面下向きの方向を先端側、紙面上向きの方向を後端側として説明する。ガスセンサ１００は、例えば、オートバイ等の車両の排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサである。ガスセンサ１００は、その先端部分を車両の排気管内に突出させる形態で車両に固定される。

図２は、軸線Ｏに沿ったガスセンサ１００の断面図である。ガスセンサ１００は、全体として、軸線Ｏに沿って伸長する略円柱状の形状を有している。ガスセンサ１００は、センサ素子１０と、主体金具２０と、プロテクタ６２と、内側筒部材４０と、外側筒部材３８と、を主に備えている。

センサ素子１０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）の固体電解質体の両面に一対の電極を積層した酸素濃淡電池を構成する。このセンサ素子１０は、酸素分圧に応じた検出値を出力する公知の酸素センサ素子である。センサ素子１０は、外径が先端に向かってテーパ状に縮径する有底筒状の固体電解質体１１と、固体電解質体１１の内表面に形成された内側電極（基準電極）１０ａと、固体電解質体１１の外表面に形成された外側電極（検出電極）１０ｄと、を備えている。センサ素子１０は、センサ素子１０の内部空間を基準ガス雰囲気とし、センサ素子１０の外表面に被検出ガスを接触させることで、ガスの検知を行う。ガスセンサ１００の後端からは、内側電極１０ａからの検出信号を取り出すためのリード線６０が突出している。リード線６０の外周には、リード線６０を保護するためのガラス編組チューブ６１が設けられている。このガラス編組チューブ６１は省略可能である。

図３は、センサ素子１０の外観を表わす説明図である。センサ素子１０には、軸線Ｏ方向の中央において、外周方向に張り出した（突出した）鍔部１２が形成されている。鍔部１２よりも先端側には、先端側に向かって次第に縮径されて先端部が閉塞された有底部１３が形成されている。また、センサ素子１０において、鍔部１２よりも後端側には、後端に開口を有する略中空円筒状の基体部１８が形成されている。

外側電極１０ｄは、有底部１３の先端側の一部の外表面を覆うように形成された電極部１０ｂと、電極部１０ｂと電気的に接続された外部リード部１０ｃとを備えている。外部リード部１０ｃは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、を備えている。リングリード部１５は、鍔部１２の先端側の面（鍔部１２において有底部１３側に設けられた段差部）において、センサ素子１０の周方向に延出して環状に形成されている。縦リード部１４は、電極部１０ｂの後端とリングリード部１５とを接続するように、軸線Ｏ方向に線状に延出して形成されている。なお、電極部１０ｂは、電極部１０ｂを保護するための図示しない電極保護層に覆われている。

既述したように、センサ素子１０の内表面には内側電極１０ａが設けられている。有底円筒状の固体電解質体１１の内部には、筒孔１０ｅが形成されており（図２参照）、内側電極１０ａは、後端近傍を除く筒孔１０ｅの内表面全体を覆うように形成されている。

固体電解質体１１は、例えば酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、すなわちイットリア安定化ジルコニアによって構成することができる。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によってセンサ素子１０を構成しても良い。

内側電極１０ａおよび外側電極１０ｄは、白金（Ｐｔ）や白金合金等の、貴金属あるいは貴金属合金によって形成されることが好ましい。内側電極１０ａおよび外側電極１０ｄは、例えば、無電解めっき等のめっき法により形成することができる。また、固体電解質体１１を例えばイットリアを含有するジルコニア粉末等の固体電解質粉末から成る成形体を焼成して製造する場合には、外部リード部１０ｃは、上記成形体の外表面に貴金属ペーストを用いて所定のパターンで印刷を行なうことにより、成形体の焼成と同時に形成することができる。

ガスセンサ１００は、センサ素子１０を取り囲んでセンサ素子の先端部を露出させる金属（例えばステンレス鋼や炭素鋼）製の主体金具２０（図２）を備えている。主体金具２０の内表面には、先端方向に向かって内径が縮径する段部２０ｂが設けられている。また、主体金具２０の中央付近には、取り付け工具を係合させるために、径方向外側に突出した多角形状の鍔部２０ｃが設けられている。さらに、鍔部２０ｃよりも先端側の外表面には、雄ねじ部２０ｄが形成されている。主体金具２０の雄ねじ部２０ｄを、例えば自動二輪（オートバイ）の排気管のネジ孔に取付けて、センサ素子１０の先端を排気管内に配置することにより、ガスセンサ１００を用いて被検出ガス（排気ガス）中の酸素濃度の検知が可能になる。ガスセンサ１００において、鍔部２０ｃの先端側の面と雄ねじ部２０ｄの後端との間の段部には、さらに、ガスセンサ１００を排気管に取付けた際のガス抜けを防止するガスケット２９が嵌挿される。

ガスセンサ１００は、主体金具２０の先端から突出するプロテクタ６２を備えている。プロテクタ６２は、軸線Ｏ方向の先端側に底部が延出して形成される有底筒状の金属製部材であり、主体金具２０から突出するセンサ素子１０の先端部を覆っている。プロテクタ６２には、排気ガスをプロテクタ６２の内部に取り込むための複数の孔部６４が形成されている。この複数の孔部６４からプロテクタ６２内に流入した排気ガスは、被検出ガスとして外側電極１０ｄに供給される。プロテクタ６２の後端部には、後端側ほど拡径するように径方向外側に向かって屈曲された屈曲部６３が形成されている。

プロテクタ６２は、プロテクタ６２の後端部に設けられた屈曲部６３およびパッキン５０が、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面と、主体金具２０の段部２０ｂとの間に挟まれることによって固定されている。パッキン５０は、環状に形成された薄板状金属部材である。主体金具２０にセンサ素子１０を組み付ける際には、まず、主体金具２０の後端側から、プロテクタ６２を主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３を、主体金具２０の段部２０ｂに当接させる。その後、さらに、パッキン５０を、主体金具２０の後端側から主体金具２０内に挿入し、プロテクタ６２の屈曲部６３に当接させる。そして、主体金具２０の後端側から、センサ素子１０をさらに挿入し、鍔部１２の先端側の面をパッキン５０に当接させる。

既述したように、センサ素子１０の鍔部１２の先端側の面には、リングリード部１５が設けられている。そのため、外側電極１０ｄは、縦リード部１４と、リングリード部１５と、プロテクタ６２と、パッキン５０とを介して、主体金具２０に電気的に導通する。

センサ素子１０の鍔部１２よりも後端側の部分と、主体金具２０との間の空隙には、滑石粉末が圧縮充填された粉体充填部３１が配置されている。この粉体充填部３１により、センサ素子１０と主体金具２０との隙間がシールされている。粉体充填部３１の後端側には、筒状の絶縁部材（セラミックスリーブ）３２が配置されている。

主体金具２０の後端部には、金属製で筒状の内側筒部材４０が固定されている。内側筒部材４０は、センサ素子１０の後端部の一部を覆っている。内側筒部材４０は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼、または、炭素鋼で形成することができる。主体金具２０の後端部の内表面と、内側筒部材４０の先端部の外表面との間には、例えばステンレス鋼や炭素鋼により形成される金属リング３３が配置されている。主体金具２０と内側筒部材４０とは、内側筒部材４０の先端部が主体金具２０の後端部によって加締められることにより接続される。こうして主体金具２０の後端部が加締められることにより、絶縁部材３２が先端側に押し付けられて粉体充填部３１が押し潰され、絶縁部材３２および粉体充填部３１が加締められて固定されるとともに、センサ素子１０と主体金具２０の隙間がシールされる。

内側筒部材４０の内側には、略円筒形状で絶縁性のセパレータ３４が配置されている。セパレータ３４には、軸線Ｏ方向に貫通し、リード線６０が挿通される挿通孔３５が形成されている。セパレータ３４の外側面５４は、内側筒部材４０の内側面４６からは離れている。

リード線６０の先端側には、接続端子７０が電気的に接続されている。接続端子７０は、センサ出力を外部に取り出すための部材であり、セパレータ３４よりも先端側に突出している。この接続端子７０は、内側電極１０ａと電気的に接続するようにセンサ素子１０内に挿入されている。

内側筒部材４０の内側には、セパレータ３４の後端に接して、シール部材としての略円筒形状のグロメット３６が配置されている。グロメット３６には、軸線Ｏ方向に貫通し、リード線６０が挿通される挿通孔４２が形成されている。グロメット３６は、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等のゴム材料によって形成することができる。グロメット３６は、先端側に円筒状の胴部４３を有し、胴部の後端に胴部４３よりも拡径した鍔部４４を有している。鍔部４４は、外側筒部材３８の内側後端に圧入されている。この結果、鍔部４４の外側面は、外側筒部材３８の内側面に圧接している。このように、鍔部４４は、外側筒部材３８には接しているが、内側筒部材４０とは離間している。一方、胴部４３は、外側筒部材３８には接していないが、内側筒部材４０の後端に接している。胴部４３は、内側筒部材４０の後端を含むように外側筒部材３８により加締められている。

内側筒部材４０の側面のうち、グロメット３６が配置される位置よりも先端側の位置には、複数の第１通気孔４１が周方向に並んで開口している。そして、内側筒部材４０の後端部の径方向外側には、第１通気孔４１を覆うように、環状の通気性のフィルタ３７が被せられている。内側筒部材４０およびフィルタ３７の径方向外側には、さらに、金属製筒状の外側筒部材３８が配置されている。外側筒部材３８は、内側筒部材４０の外周の少なくとも一部を覆っている。外側筒部材３８の後端はグロメット３６の後端面の少なくとも一部を覆うように内側に向けて折れ曲がっている。外側筒部材３８は、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼や炭素鋼によって形成することができる。外側筒部材３８の側面には、複数の第２通気孔３９が周方向に並んで開口している。その結果、外側筒部材３８の第２通気孔３９と、フィルタ３７と、内側筒部材４０の第１通気孔４１とを介して、内側筒部材４０内部、さらにはセンサ素子１０の内側電極１０ａへと、外気を導入可能になっている。また、外側筒部材３８の後端側には、径方向内側に折れ曲がる後端部４８が備えられており、この後端部４８にグロメット３６の鍔部４４の後端面が当接している。また、後端部４８の中央にはリード線６０が挿通する開口部４７が設けられている。

外側筒部材３８は、内側筒部材４０とともに加締められることで、内側筒部材４０の外周に固定される。本実施形態では、この加締めによって、外側筒部材３８の外周に、第１の溝７１と、第２の溝７２と、第３の溝７３と、が先端側から順に形成されている。第１の溝７１は、第２通気孔３９よりも先端側において、セパレータ３４の先端部の周囲に形成されている。第２の溝７２は、第２通気孔３９よりも後端側において、セパレータ３４の後端部の周囲に形成されている。第３の溝７３は、内側筒部材４０の後端を含むように、グロメット３６の胴部４３の周囲に形成されている。

フィルタ３７は、第２通気孔３９の先端側と後端側とで内側筒部材４０及び外側筒部材３８が加締められることで、内側筒部材４０と外側筒部材３８との間に保持される。フィルタ３７は、例えばフッ素系樹脂等の撥水性樹脂の多孔質構造体によって構成することができる。フィルタ３７は、撥水性を有しているため、外部の水を通さずにセンサ素子１０の内部空間に基準ガス（大気）を導入可能となっている。

Ｂ．ガスセンサの製造方法
図４は、ガスセンサの製造方法のフローチャートである。図５は、この製造方法における工程ＡおよびＢの概念を示す図である。また、図６は、工程Ｃ〜Ｆの概念を示す図である。図５および図６では、紙面上向きの方向を先端側、紙面下向きの方向を後端側として説明する

図４に示すように、本実施形態のガスセンサ１００の製造方法では、まず、接続端子付きリード線８０が用意される（工程Ａ）。図５に示すように、この工程Ａで用意される接続端子付きリード線８０は、接続端子７０の後端にリード線６０が接合され、そのリード線６０に、セパレータ３４とグロメット３６とがリード線６０の後端から順に挿入されることで形成される。このとき、グロメット３６は、胴部４３が先端側を向き、鍔部４４が後端側を向くように挿入される。

図４に示すように、接続端子付きリード線８０が用意されると、セパレータアッセンブリが形成される（工程Ｂ）。図５に示すように、この工程Ｂでは、まず、工程Ａで用意された接続端子付きのリード線８０を、リード線６０側から、外側筒部材３８の後端部４８に設けられた開口部４７に挿入する（工程Ｂ１）。そして、グロメット３６の鍔部４４を、外側筒部材３８の後端部４８に向けて圧入する（工程Ｂ２）。すると、後端部４８にグロメット３６が当接し、外側筒部材３８と接続端子付きリード線８０とが一体化されたセパレータアッセンブリ８１が完成する（工程Ｂ３）。これらの工程により、セパレータアッセンブリ８１には、グロメット３６の胴部４３と外側筒部材３８との間に空間９０が形成される。この空間９０は、鍔部４４の先端側に位置している。空間９０は、後述する工程において内側筒部材４０が挿入される空間となる。

図４に示すように、セパレータアッセンブリ８１が形成されると、続いて、このセパレータアッセンブリ８１をロボット等の装置を用いて把持し、所定の組立場所まで搬送する（工程Ｃ）。図６に示すように、この工程Ｃでは、セパレータアッセンブリ８１の後端から延びるリード線６０を鉛直下方に向けると共に、接続端子７０を鉛直上方に向けた状態で把持を行う。つまり、この工程Ｃでは、セパレータアッセンブリ８１からリード線６０が鉛直下方に垂れた状態でセパレータアッセンブリ８１の把持および搬送を行う。

図４に示すように、工程Ａ〜Ｃが行われると、主体金具２０内にセンサ素子１０を組み込み、主体金具２０の後端側に内側筒部材４０を固定することで、センサ素子アッセンブリが形成される（工程Ｄ）。この工程Ｄは、工程Ａ〜Ｃと並行して行ってもよいし、工程Ａ〜Ｃよりも前に行ってもよい。図６には、この工程Ｄによって形成されたセンサ素子アッセンブリ８２を示している。本実施形態では、この工程Ｄにより、センサ素子アッセンブリ８２には、主体金具２０とセンサ素子１０と内側筒部材４０とのほか、プロテクタ６２と、フィルタ３７と、絶縁部材３２と、粉体充填部３１と、金属リング３３と、パッキン５０と、が組み付けられる。この工程Ｄにより、センサ素子１０の外表面に設けられた外側電極１０ｄ（図３）は、主体金具２０に、パッキン５０とプロテクタ６２とを介して電気的に接触することになる。

図４に示すように、工程Ｄによってセンサ素子アッセンブリ８２が形成されると、センサ素子アッセンブリ８２とセパレータアッセンブリ８１との組み付けが行われる（工程Ｅ）。この組み付けは、センサ素子アッセンブリ８２を、内側筒部材４０側が鉛直下方に向いた状態で、リード線６０が垂れ下がった状態のセパレータアッセンブリ８１に鉛直上方から差し込むことで行われる。より具体的には、図６に示すように、センサ素子アッセンブリ８２に含まれる内側筒部材４０の後端を、セパレータアッセンブリ８１に形成された空間９０に挿入しつつ、セパレータアッセンブリ８１に備えられた接続端子７０を、センサ素子１０の内部に挿入することで、センサ素子アッセンブリ８２とセパレータアッセンブリ８１との組み付けが行われる。この組み付けにより、接続端子付きリード線８０とセンサ素子１０とが電気的に接続されるとともに、セパレータ３４とグロメット３６の胴部４３とが内側筒部材４０内に配置され、更に、外側筒部材３８が内側筒部材４０の外周に配置され、外側筒部材３８の後端部４８と内側筒部材４０の後端面との間にグロメット３６の鍔部４４が配置されることになる。なお、この工程Ｅにおいて、セパレータ３４とグロメット３６の胴部４３とが内側筒部材４０内に配置された際には、セパレータ３４の外側面５４は、内側筒部材４０の内側面４６から離間した状態となる。

図４に示すように、センサ素子アッセンブリ８２とセパレータアッセンブリ８１との組み付けが終了すると、外側筒部材３８が内側筒部材４０とともに加締められる（工程Ｆ）。このとき、図６の破線で示した位置で加締めが行われることで、内側筒部材４０の後端がグロメット３６の鍔部４４から離れるように、外側筒部材３８が内側筒部材４０とともに加締められる。この加締めにより、図２に示すように、外側筒部材３８の外周に第１の溝７１と第２の溝７２と第３の溝７３とが形成される。

以上で説明した本実施形態のガスセンサ１００の製造方法では、接続端子付きリード線８０とセパレータ３４とグロメット３６と外側筒部材３８とを有するセパレータアッセンブリ８１を形成する際には、グロメット３６の鍔部４４を、外側筒部材３８の後端部４８に圧入する。そのため、セパレータアッセンブリ８１を搬送する際に（図６の工程Ｃ）、リード線６０が鉛直下方に垂れた状態であっても、グロメット３６よりも先端側に位置する部材（グロメット３６、セパレータ３４、および、接続端子７０）がぐらつくことを抑制することができる。この結果、セパレータアッセンブリ８１とセンサ素子アッセンブリ８２とを組み付ける際に（図６の工程Ｅ）、センサ素子アッセンブリ８２に備えられた内側筒部材４０を、セパレータアッセンブリ８１の外側筒部材３８とグロメット３６との間に形成された空間９０にスムーズに挿入することができる。そのため、ガスセンサ１００を容易に製造することが可能になる。

また、本実施形態のガスセンサ１００は、図１に示したように、セパレータ３４の外側面５４が、内側筒部材４０の内側面４６から離間している。つまり、セパレータ３４が内側筒部材４０によって支持されない構成となっている。そのため、グロメット３６の鍔部４４を外側筒部材３８の後端部４８に圧入することにより、グロメット３６よりも先端側に位置する部材のぐらつきが抑制されれば、接続端子付きリード線８０にてグロメット３６と共に挿通されたセパレータ３４のぐらつきも抑制されるので、図６の工程Ｅにおいてセパレータ３４を内側筒部材４０内に配置することも容易となる。よって、ガスセンサ１００を容易に製造することが可能になる。そのうえ、セパレータ３４が内側筒部材４０から離間しているため、外部からの衝撃によって外側筒部材３８や内側筒部材４０が変形したとしても、セパレータ３４に衝撃が加わることがなく、セパレータ３４が損傷してしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態のガスセンサ１００では、グロメット３６の鍔部４４が外側筒部材３８の後端部４８に圧入されているため、図７に示すように、外側筒部材３８の後端部４８に設けられた開口部４７から、水分が内部に浸入することを抑制することができる。この結果、外側筒部材３８の内部に配置された内側筒部材４０に錆が発生してしまうことや、センサ素子１０の内部に水分が浸入して正確にガスの濃度を検出することができなくなることを抑制することができる。よって、内側筒部材４０の素材として、例えば、ステンレス素材よりも耐食性に劣る炭素鋼等を採用することが可能となり、ガスセンサ１００の製造コストを削減することが可能になる。

更に、本実施形態のガスセンサ１００は、主体金具２０がセンサ素子１０の外側電極１０ｄに電気的に接触している。そのため、ガスセンサ１００の後端から延びるリード線６０の本数を削減することが可能になり、構成を簡素化することが可能になる。

また、本実施形態のガスセンサ１００は、軸線Ｏ方向において、内側筒部材４０の後端とグロメット３６の鍔部４４（詳しくは、鍔部４４の先端側の面）とが離間している。このような構成であれば、ガスセンサ１００の製造途中等において、内側筒部材４０の後端がグロメット３６の鍔部４４に接触することがない。そのため、内側筒部材４０の端部がグロメット３６の鍔部４４に接触することによって、前述の圧入により、グロメット３６の鍔部４４に内側筒部材４０の端部が与える応力によって、鍔部４４と外側筒部材３８とに生じている力が開放されてしまうことを抑制することができる。この結果、セパレータアッセンブリ８１においてグロメット３６よりも先端側に位置する部材（グロメット３６、セパレータ３４、および、接続端子７０）のぐらつきを一層抑制することが可能になる。

また、本実施形態のガスセンサ１００の製造方法では、内側筒部材４０の後端がグロメット３６の鍔部４４から離れるようにして、外側筒部材３８の加締めが行われる。このように、加締めが行われれば、内側筒部材４０の後端をグロメット３６の鍔部４４から確実に離間させることができるので、内側筒部材４０の端部がグロメット３６の鍔部４４に接触してしまうことをより効果的に抑制することができる。

Ｃ．変形例
上記実施形態では、ガスセンサ１００は１本のリード線６０を有している。これに対して、ガスセンサ１００は、複数のリード線を有しても良い。例えば、外側電極１０ｄと主体金具２０とを電気的に接触させない構成とし、内側電極１０ａに接続されるリード線と、外側電極１０ｄに接続されるリード線と、の２本のリード線を有していても良い。また、センサ素子１０を加熱するヒータをガスセンサ１００に設け、このヒータに接続されるリード線を別途有していても良い。

上記実施形態では、ガスセンサ１００は、有底筒状のセンサ素子１０を備えている。これに対して、ガスセンサ１００は、板状のセンサ素子を備えていても良い。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…センサ素子
１０ａ…内側電極
１０ｂ…電極部
１０ｃ…外部リード部
１０ｄ…外側電極
１０ｅ…筒孔
１１…固体電解質体
１２…鍔部
１３…有底部
１４…縦リード部
１５…リングリード部
１８…基体部
２０…主体金具
２０ｂ…段部
２０ｃ…鍔部
２０ｄ…雄ねじ部
２９…ガスケット
３１…粉体充填部
３２…絶縁部材
３３…金属リング
３４…セパレータ
３５…挿通孔
３６…グロメット
３７…フィルタ
３８…外側筒部材
３９…第２通気孔
４０…内側筒部材
４１…第１通気孔
４２…挿通孔
４３…胴部
４４…鍔部
４６…内側面
４７…開口部
４８…後端部
５０…パッキン
５４…外側面
６０…リード線
６１…ガラス編組チューブ
６２…プロテクタ
６３…屈曲部
６４…孔部
７０…接続端子
７１…第１の溝
７２…第２の溝
７３…第３の溝
８０…接続端子付きリード線
８１…セパレータアッセンブリ
８２…センサ素子アッセンブリ
９０…空間
１００…ガスセンサ
Ｏ…軸線

Claims (8)

1. 軸線方向に伸びるセンサ素子と、
   前記センサ素子の外周の一部を筒状に覆う主体金具と、
   電気絶縁性を有し、前記センサ素子の後端側に配置された筒状のセパレータと、
   前記セパレータの後端側に配置された筒状のシール部材と、
   前記センサ素子に電気的に接続され、前記セパレータと前記シール部材とを貫通する接続端子付きリード線と、
   前記主体金具の後端側に固定され、前記セパレータの外周と前記シール部材の外周の一部とを筒状に覆う内側筒部材と、
   前記シール部材の後端面の少なくとも一部を覆うように内側に折れ曲がる後端部を有し、前記内側筒部材の外周の少なくとも一部を筒状に覆い、前記内側筒部材とともに加締められる外側筒部材と、
   を備えるガスセンサであって、
   前記シール部材は、胴部と、該胴部の後端側に位置する鍔部と、を有し、
   前記胴部は、少なくとも一部が前記内側筒部材内に配置され、
   前記鍔部は、前記内側筒部材の後端側に配置されており、該鍔部の外側面は、前記外側筒部材の内側面に圧接しており、
   前記内側筒部材と前記鍔部とが離間していることを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサにおいて、
   前記セパレータの外側面が、前記内側筒部材の内側面から離間していることを特徴とするガスセンサ。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサにおいて、
   前記主体金具が、前記センサ素子の外表面に設けられた外側電極と電気的に接触していることを特徴とするガスセンサ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、
   前記内側筒部材と前記外側筒部材とは、前記内側筒部材の後端が前記鍔部から離れるように加締められてなることを特徴とするガスセンサ。
5. ガスセンサの製造方法であって、
   （Ａ）電気絶縁性を有する筒状のセパレータと、胴部および該胴部の後端側に位置する鍔部を有し前記セパレータの後端側に位置する筒状のシール部材と、に貫通し、前記セパレータよりも先端側に突出する接続端子付きリード線を用意する工程と、
   （Ｂ）前記接続端子付きリード線が貫通した前記シール部材の前記鍔部を、内側に折れ曲がる後端部を有する外側筒部材に、該外側筒部材の先端側から前記後端部に向けて圧入することにより、前記外側筒部材と前記セパレータと前記シール部材と前記接続端子付きリード線とを一体化したセパレータアッセンブリを形成する工程と、
   （Ｃ）前記セパレータアッセンブリの前記外側筒部材を、該外側筒部材の前記後端部が鉛直下方を向くように把持する工程と、
   （Ｄ）筒状の主体金具内に、センサ素子を組み込み、前記主体金具の後端側に内側筒部材を固定することで、前記主体金具と前記センサ素子と前記内側筒部材とを備えるセンサ素子アッセンブリを形成する工程と、
   （Ｅ）前記工程（Ｃ）の後に、前記センサ素子アッセンブリを、前記内側筒部材側が鉛直下方に向いた状態で、前記セパレータアッセンブリに差し込むことで、前記接続端子付きリード線と前記センサ素子とを電気的に接続するとともに、前記セパレータと、前記シール部材の前記胴部の少なくとも一部と、を前記内側筒部材内に配置し、更に、前記外側筒部材を前記内側筒部材の外周に配置させつつ、前記外側筒部材の前記後端部と前記内側筒部材の後端面との間に前記シール部材の前記鍔部を配置させる工程と、
   （Ｆ）前記外側筒部材を前記内側筒部材とともに加締める工程と、
   を備え、
   前記工程（Ｅ）では、前記センサ素子アッセンブリを前記セパレータアッセンブリに差し込んだ際に、前記内側筒部材と前記鍔部とが離間していることを特徴とするガスセンサの製造方法。
6. 請求項５に記載のガスセンサの製造方法において、
   前記工程（Ｅ）では、前記セパレータと前記シール部材の前記胴部とが前記内側筒部材内に配置された際に、前記セパレータの外側面が、前記内側筒部材の内側面から離れていることを特徴とするガスセンサの製造方法。
7. 請求項５または請求項６に記載のガスセンサの製造方法において、
   前記工程（Ｄ）では、前記センサ素子の外表面に設けられた外側電極を前記主体金具に電気的に接触させることを特徴とするガスセンサの製造方法。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか一項に記載のガスセンサの製造方法において、
   前記工程（Ｆ）では、前記内側筒部材の後端が前記鍔部から離れるようにして、前記外側筒部材を前記内側筒部材とともに加締めることを特徴とするガスセンサの製造方法。

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