JP6234847B2 - ガスセンサの組立方法およびガスセンサの組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックス製のセンサ素子を備えるガスセンサの組立方法および係る組み立てに用いる組立装置に関する。

従来より、自動車のエンジン等の内燃機関における燃焼ガスや排気ガス等の被測定ガス中の所定のガス成分の濃度を測定する装置として、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の酸素イオン伝導性固体電解質セラミックスを用いてセンサ素子を形成したガスセンサが公知である。

係るガスセンサにおいては、通常、セラミックス製の長尺板状のセンサ素子（検出素子）が、金属製のハウジングとこれに溶接固定された円筒形の内筒の中空部において、複数のセラミック製の碍子であるセラミックサポータと、これらセラミックサポータの間にそれぞれ充填されたタルク等のセラミックスの圧粉体とによって固定され、圧粉体によって気密封止されてなる構成を有する。このようなガスセンサを好適に組み立てることが出来る方法および装置が既に公知である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１に開示されている手法は、センサ素子に反りがあり、また、センサ素子と環装すべき複数の部材（被環装部材、環装部品）との寸法公差が小さいような場合にも、被環装部材（環装部品）を確実に環装することが可能とされている。

国際公開第２０１３／００５４９１号 特開２００５−３７３７２号公報

特許文献１に開示されている手法の場合、センサ素子に対する被環装部材の環装を、素子内部に被測定ガスを導入するための開口部が設けられた側の端部から行うようになっているので、センサ素子の当該端部側表面が保護膜（保護層）で覆われてなるセンサ素子に当該手法を適用した場合、保護膜に傷が付いたり剥がれが生じたりなどの不具合が生じ、好ましくない。

これに対し、特許文献２には、一方端部側が保護層で覆われてなる検出素子を備えるガスセンサの製造方法が開示されてなる。しかしながら、特許文献２に開示された製法においては、環装部品をいったん検出素子に類似した形状のピン部材に環装し、その後ピン部材を抜き取って複数の環装部品が積層された状態を得たうえで、検出素子を積層された環装部品に挿入するようになっているので、ピン部材の抜き取り時や検出素子の挿入時に環装部品がずれやすいという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、センサ素子に保護膜が設けられてなる場合であっても、良好に環装部品を環装することができるガスセンサの組立方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子の形状に類似する形状を有する素子ダミーを、鉛直方向に長手方向を有するように配置するダミー配置工程と、前記素子ダミーに、円板状または円筒状をなし、かつ、前記センサ素子の断面形状に応じた貫通孔を備える環装部品の前記貫通孔を鉛直上方から嵌め合わせるダミー嵌合工程と、前記環装部品の外周に筒状体を鉛直上方から嵌め合わせる筒状体嵌合工程と、前記素子ダミーの上端部に前記センサ素子を一直線上に当接配置する素子配置工程と、前記素子ダミーを鉛直下方に下降させることによって前記センサ素子を下降させ、前記センサ素子に前記環装部品の前記貫通孔を嵌め合わせる素子嵌合工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のガスセンサの組立方法であって、前記センサ素子が、一方端部の表面に保護膜を形成したものであり、前記素子配置工程においては、前記センサ素子の前記保護膜が形成されていない側の端部が前記素子ダミーによって支持されるように前記センサ素子を配置する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のガスセンサの組立方法であって、前記素子嵌合工程の後、前記筒状体の下端部であって前記環装部品の直下の位置を前記筒状体の外周側より加締めることにより、前記環装部品を係止する凹部を形成する加締め工程、をさらに備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載のガスセンサの組立方法であって、前記ダミー嵌合工程においては前記環装部品としてセラミックスの圧粉体を含む複数種類の部品が前記素子ダミーに嵌め合わされるようになっており、前記環装部品の鉛直方向下端部を鉛直上方へと押圧することにより前記圧粉体が圧縮する押圧工程、をさらに備え、前記押圧工程を前記素子嵌合工程に続いて行い、前記加締め工程においては、前記押圧工程によって前記筒状体の内部において前記環装部品の直下に形成された空隙部分を加締める、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４に記載のガスセンサの組立方法であって、前記ダミー嵌合工程においては、前記押圧工程において前記環装部品の押圧に用いる治具によって嵌め合わされた前記環装部品を下方から支持する、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、ガスセンサを組み立てるための装置であって、セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子の形状に類似する形状を有する素子ダミーと、前記素子ダミーを鉛直方向に長手方向を有するように配置するダミー配置手段と、前記素子ダミーに、円板状または円筒状をなし、かつ、前記センサ素子の断面形状に応じた貫通孔を備える環装部品の前記貫通孔を鉛直上方から嵌め合わせる環装部品嵌合手段と、前記環装部品の外周に筒状体を鉛直上方から嵌め合わせる筒状体嵌合手段と、前記素子ダミーの上端部に前記センサ素子を一直線上に当接配置する素子配置手段と、前記素子ダミーを鉛直下方に下降させることによって前記センサ素子を下降させ、前記センサ素子に前記環装部品の前記貫通孔を嵌め合わせる素子嵌合手段と、を備えることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載のガスセンサの組立装置であって、前記素子配置手段は、前記センサ素子が一方端部の表面に保護膜を形成したものである場合、前記センサ素子の前記保護膜が形成されていない側の端部が前記素子ダミーによって支持されるように前記センサ素子を当接配置する、ことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６または請求項７に記載のガスセンサの組立装置であって、前記環装部品の外周に嵌め合われた前記筒状体の下端部であって前記環装部品の直下の位置を前記筒状体の外周側より加締めることにより、前記環装部品を係止する凹部を形成する加締め手段、をさらに備えることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載のガスセンサの組立装置であって、前記環装部品としてセラミックスの圧粉体を含む複数種類の部品が前記素子ダミーに嵌め合わされる場合において、前記環装部品の鉛直方向下端部を鉛直上方へと押圧することにより前記圧粉体が圧縮する押圧手段、をさらに備え、前記加締め手段は、前記押圧手段によって前記筒状体の内部において前記環装部品の直下に形成された空隙部分を加締める、ことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９に記載のガスセンサの組立装置であって、前記押圧手段が、前記環装部品の押圧に用いる治具によって嵌め合わされた前記環装部品を下方から支持する支持手段を兼ねる、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項１０の発明によれば、ガスセンサの組み立てに際し、環装部品は常に、素子ダミーもしくはセンサ素子に環装された状態となっているので、位置ずれが生じてセンサ素子が組み込めないという不具合の発生が、好適に抑制される。

特に、請求項２および請求項７の発明によれば、一方端部に保護膜が形成されてなるセンサ素子を用いる場合であっても、保護膜を傷つけることなくガスセンサの組み立てを好適に行うことが出来る。

本実施の形態において組立の対象となるガスセンサ（より詳細には、その本体部）１の外観斜視図である。 ガスセンサ１の内部の主要構成を示す部分断面図である。 ワッシャー７と、セラミックサポータ８と、圧粉体９とをセンサ素子１０に環装する様子を概略的に示す図である。 組立装置１００の概略的な構成を示すブロック図である。 組立体４０の組立途中の様子を示す模式断面図である。 組立体４０の組立途中の様子を示す模式断面図である。 組立体４０の組立途中の様子を示す模式断面図である。 組立体４０の組立途中の様子を示す模式断面図である。

＜ガスセンサの構成＞
図１は、本実施の形態において組立の対象となるガスセンサ（より詳細には、その本体部）１の外観斜視図である。図２は、係るガスセンサ１の内部の主要構成を示す部分断面図である。本実施の形態において、ガスセンサ１とは、その内部に備わるセンサ素子１０（図２）によって所定のガス成分（例えば、ＮＯｘ等）を検出するためのものである。

なお、センサ素子１０は、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質セラミックスからなる素子体を主たる構成材料とする長尺の柱状あるいは薄板状の部材である。センサ素子１０は、第１先端部１０ａの側にガス導入口や内部空所などを備えるとともに、素子体表面および内部に種々の電極や配線パターンを備えた構成を有する。センサ素子１０においては、内部空所に導入された被検ガスが内部空所内で還元ないしは分解されて酸素イオンが発生する。ガスセンサ１においては、素子内部を流れる酸素イオンの量が被検ガス中における当該ガス成分の濃度に比例することに基づいて、係るガス成分の濃度が求められる。なお、図２において正面を向いている面をセンサ素子１０の主面Ｓ１と称し、この主面Ｓ１と垂直でかつ長手方向に沿う面を側面Ｓ２と称する。なお、センサ素子１０の表面の、第１先端部１０ａから長手方向における所定の範囲は、保護膜Ｐで被覆されてなる（図２参照）。保護膜Ｐは、例えばＡｌ_２Ｏ_３などからなる厚みが１０μｍ〜２０００μｍ程度の多孔質膜であり、耐熱衝撃保護層とも称される。ただし、図２における保護膜Ｐの形成範囲はあくまで例示であって、実際の形成範囲は、センサ素子１０の具体的構造に応じて適宜に定められる。

ガスセンサ１の外側は、主として、第１カバー２と、固定ボルト３と、第２カバー４とから構成される。

第１カバー２は、センサ素子１０のうち、使用時に被検ガスに直接に接触する部分、具体的には、ガス導入口１１や閉空間１２（緩衝空間１２ａ、第１内部空所１２ｂ、第２内部空所１２ｃ）などが備わる第１先端部１０ａを保護する、略円筒状の外装部材である。なお、図２および以降の図面においては、理解の助けのために、ガス導入口１１および閉空間１２（緩衝空間１２ａ、第１内部空所１２ｂ、第２内部空所１２ｃ）が主面Ｓ１に形成されているように示しているが、実際には、これらの部位は、主面Ｓ１において露出しているわけではなく、ガス導入口１１がセンサ素子１０の図２における最下端部である第１先端部１０ａにおいて開口しているのを除き、それぞれ、センサ素子１０の内部に設けられてなる。

また、より詳細には、第１カバー２は、外側カバー２ａと内側カバー（図示省略）との２層構造となっている。外側カバー２ａと内側カバーは、それぞれ、一方側が有底の円筒状をしているとともに、側面部分に気体が通過可能な複数の貫通孔が設けられてなる。なお、図１には、外側カバー２ａに設けられた貫通孔Ｈ１を例示しているが、これはあくまで例示であって、貫通孔の配置位置および配置個数は、第１カバー２の内部への被測定ガスの流入態様を考慮して適宜に定められてよい。

固定ボルト３は、ガスセンサ１を測定位置に固定する際に用いられる環状の部材である。固定ボルト３は、ねじ切りがされたボルト部３ａと、ボルト部３ａを螺合する際に保持される保持部３ｂとを備えている。ボルト部３ａは、ガスセンサ１の取り付け位置に設けられたナットと螺合する。例えば、自動車の排気管に設けられたナット部にボルト部３ａが螺合されることで、ガスセンサ１は、第１カバー２の側が排気管内に露出する態様にて該排気管に固定される。

第２カバー４は、ガスセンサ１の他の部位を保護する円筒状部材である。第２カバー４の端部からは、ガスセンサ１と図示しない駆動制御部とを電気的に接続するためのケーブルＣが延在している。

図２は、ガスセンサ１の内部構成、より具体的には、ガスセンサ１から、図１に示した第１カバー２と、固定ボルト３と、第２カバー４とを除いた構成を示している。

図２に示すように、ガスセンサ１の内部においては、センサ素子１０のうち、ガス導入口１１等が備わる第１先端部１０ａとケーブルＣとの接続端子１３などが備わる第２先端部１０ｂとを除く部分に、ワッシャー７と、３つのセラミックサポータ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、２つの圧粉体９（９ａ、９ｂ）とが、それぞれ、センサ素子１０が軸中心に位置する態様にて環装されている。セラミックサポータ８は、セラミックス製の碍子である。一方、圧粉体９は、タルクなどのセラミックス粉末を成型したものである。なお、以降の説明においては、ワッシャー７、セラミックサポータ８、および、圧粉体９を環装部品と総称することがある。

図３は、ワッシャー７と、セラミックサポータ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）と、圧粉体９（９ａ、９ｂ）とをセンサ素子１０に環装する様子を概略的に示す図である。

係る環装は、図３に示すように、概略、センサ素子１０の保護膜Ｐが設けられていない側の端部（第２先端部１０ｂ）を、セラミックサポータ８ｃ、圧粉体９ｂ、セラミックサポータ８ｂ、圧粉体９ａ、セラミックサポータ８ａ、ワッシャー７の順に挿入することによって実現される。各部材は円板状または円柱状をなしているが、係る環装を実現するため、ワッシャー７の軸中心位置には、円形状の貫通孔７ｈが設けられており、セラミックサポータ８ａ、圧粉体９ａ、セラミックサポータ８ｂ、圧粉体９ｂ、セラミックサポータ８ｃにはそれぞれ、センサ素子１０の断面形状に応じた矩形状の貫通孔８ａｈ、９ａｈ、８ｂｈ、９ｂｈ、８ｃｈが設けられている。これらの貫通孔が、センサ素子１０と嵌め合わされることで、各部材がセンサ素子１０に環装される。なお、セラミックサポータ８ｃの貫通孔８ｃｈと反対側の部分は、貫通孔８ｃｈよりも大きな開口を有する開口部８ｃｈ’となっている。また、ワッシャー７と、セラミックサポータ８と、圧粉体９とは、同軸に配置される。

なお、気密性の確保の観点から、セラミックサポータ８の貫通孔と圧粉体９の貫通孔とは、センサ素子１０の設計上の断面サイズとの差が０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍであるように、そして、寸法公差が０．１ｍｍであるように構成される。一方、ワッシャー７の貫通孔７ｈは、センサ素子１０の設計上の断面サイズとの差が最低でも１ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であるように設けられる。また、ワッシャー７と、セラミックサポータ８と、圧粉体９とは、外径の値の差が最大でも０．３５ｍｍ程度に収まるように構成されてなる。

また、図２に示すように、ワッシャー７、セラミックサポータ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）、および圧粉体９（９ａ、９ｂ）の外周には、セラミック製の円筒状部材であるハウジング５と金属製の円筒状部材である内筒６とが一体となった円筒状の筒状体（内筒溶接品）３０が環装されてなる。以降の説明においては、係る筒状体３０が環装された構成のものを組立体４０と称する。

筒状体３０は、内筒６の一端部に備わる、外側へと屈曲する屈曲部６ａが、ハウジング５の端面５ｓに溶接されることで、一体に構成されてなる。また、ハウジング５と内筒６とは、略同じ内径を有するとともに、同軸に接続されてなる。なお、筒状体３０の内径は、各環装部品の最大外径の設計値よりも大きく設定されている。

また、ハウジング５内部の一方端側にはテーパー部５ｃが設けられてなり、内筒６のワッシャー７の直上の位置には、内側に向けて窪んだ凹部６ｂが形成されてなる。これらテーパー部５ｃと凹部６ｂとによって、センサ素子１０に環装されたワッシャー７、セラミックサポータ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）、および圧粉体９（９ａ、９ｂ）が筒状体３０の内部に係止されてなる。このような係止がなされることによって、組立体４０の内部においては、センサ素子１０のガス導入口１１等が備わる第１先端部１０ａ側とケーブルＣとの接続端子１３などが備わる第２先端部１０ｂとの間が封止される。これにより、被測定ガス空間と基準ガス空間との間の気密性が確保される。

このような構成を有する組立体４０が第１カバー２、固定ボルト３、および第２カバー４にて被覆されたものが、ガスセンサ１である。具体的には、ハウジング５の先端の筒状部５ａには、第１カバー２が接続される。また、ハウジング５の外周には、突起部（フランジ部）５ｂと接触する態様にて固定ボルト３が環装される。さらに、係る環装によって形成される、固定ボルト３とハウジング５との間の環状の溝部に嵌め込む態様にて、第２カバー４が取り付けられる。

以上のような構成を有することで、ガスセンサ１では、所定位置に取り付けられた状態において、センサ素子１０の第１先端部１０ａの周りの雰囲気（第１カバー２内の雰囲気）と外部の雰囲気とが完全に遮断されるようになっており、これにより、被検ガス中における対象ガス成分の濃度を精度良く測定できるようになっている。

＜組立体の組立手順＞
次に、本実施の形態において行う、組立体４０の組立手順について説明する。図４は、係る組立を行う組立装置１００の概略的な構成を示すブロック図である。

組立装置１００は、ＣＰＵ１０１ａ、ＲＯＭ１０１ｂ、ＲＡＭ１０１ｃ等から構成され組立装置１００全体の動作を制御する制御部１０１と、組立装置１００に対して種々の実行指示などを与えるためのスイッチやボタン、タッチパネルなどからなる入力インタフェースである操作部１０２と、組立装置１００の種々の動作メニューや動作状態などを表示するディスプレイや計器類などの表示部１０３と、組立装置１００の動作プログラム１０４ｐや図示しない動作条件データなどが格納される記憶部１０４とを備える。組立装置１００においては、動作プログラム１０４ｐが制御部１０１にて実行されることにより、以下に示す一連の組立動作が自動処理にて行われる。

組立装置１００は、さらに、実際の組立動作を担う構成要素として、封止治具１１１の昇降動作を担う封止治具昇降機構１１０と、素子ダミー１２１の昇降動作を担うダミー昇降機構１２０と、環装部品待機部１３１から環装部品を所定の位置にまで搬送する環装部品搬送機構１３０と、ハウジング固定治具１４１の動作を担うハウジング固定治具駆動機構１４０と、素子待機部１５１からセンサ素子１０を所定の位置にまで搬送する素子搬送機構１５０と、素子案内治具１６１の動作を担う素子案内治具駆動機構１６０と、カシメ治具１７１の動作を担うカシメ治具駆動機構１７０と、完成した組立体４０を組立体待機部１８１まで搬送する組立体搬送機構１８０とを備える。

図５ないし図８は、係る組立装置１００を用いて組立体４０を組み立てる際の手順を説明するための、組立体４０の組立途中の様子を示す模式断面図である。なお、図５ないし図８においては、鉛直方向上向きをｚ軸正方向と表している。

まず、図５（ａ）に示すように、封止治具１１１に素子ダミー１２１が挿通される。

封止治具１１１は、両端が開口してなる円筒状の部材である。封止治具１１１は、組立装置１００内の所定位置（初期位置）において、鉛直方向に長手方向を有するように配置されてなるとともに、図５において図示しない封止治具昇降機構１１０によって鉛直方向に昇降自在とされてなる。なお、封止治具１１１の長手方向に垂直な外径は、ワッシャー７、セラミックサポータ８、および、圧粉体９の外径よりも小さくなっており、封止治具１１１の内径は、ワッシャー７、セラミックサポータ８、および、圧粉体９の貫通孔の最大サイズよりも大きくなっている。これにより、封止治具１１１は、その鉛直方向上端側で環装部品を下方から支持できるようになっている。

素子ダミー１２１は、長手方向に垂直な断面の形状が、センサ素子１０の長手方向の断面形状に類似する、センサ素子１０と同様の長尺板状をなす部材である。素子ダミー１２１は、図５において図示しないダミー昇降機構１２０によって鉛直方向に昇降自在とされてなる。ただし、素子ダミー１２１は、センサ素子１０のようなセラミックスにて設けられる必要はなく、耐久性や耐摩耗性などを勘案した適宜の材料にて設けられてよい。素子ダミー１２１は、セラミックサポータ８、および、圧粉体９の貫通孔よりも小さいもののセンサ素子１０よりもわずかに大きい厚みおよび幅を有してなる。素子ダミー１２１は、ダミー昇降機構１２０によって封止治具１１１の鉛直下方側から封止治具１１１の内側へと挿通され、鉛直方向に長手方向を有するように配置される。このとき、ダミー昇降機構１２０は、素子ダミー１２１を鉛直方向に長手方向を有するように配置するダミー配置手段として機能している。係る場合において、素子ダミー１２１は、その鉛直方向上端部分と封止治具素子１１１の鉛直方向上端部分との距離が、全ての環装部品の厚みの総和よりも大きくなる位置にまで、挿入される。

係る素子ダミー１２１の挿入が完了すると、続いて、素子ダミー１２１に環装部品が環装され、これに続いて筒状体３０が環装される。

まず、あらかじめ装置外部から搬入されて環装部品待機部１３１に待機させられていた環装部品を、図５において図示しない環装部品搬送機構１３０が、ワッシャー７、セラミックサポータ８ａ、圧粉体９ａ、セラミックサポータ８ｂ、圧粉体９ｂ、セラミックサポータ８ｃの順に素子ダミー１２１のところまで搬送し、さらに、それぞれの部品の貫通孔を素子ダミー１２１に嵌め合わせる。これによって、図５（ｂ）に示すように、素子ダミー１２１に順次に嵌め合わされた各環装部品が、封止治具１１１の上端部によって鉛直下方から支持された状態が、実現される。このとき、環装部品搬送機構１３０は、環装部品の貫通孔を素子ダミー１２１に嵌合させる環装部品嵌合手段として機能している。

係る環装が完了すると、続いて、環装部品搬送機構１３０が、同じく装置外部から搬入されて環装部品待機部１３１に待機させられていた筒状体３０を、環装部品が環装された素子ダミー１２１の上方へと搬送し、さらに、内筒６を鉛直方向下側を向けた姿勢にて筒状体３０を下降させて、環装部品の外周に嵌め合わせる。これによって、図５（ｃ）に示すように、筒状体３０が嵌め合わされた環装部品が、封止治具１１１の上端部によって鉛直下方から支持された状態が実現される。このとき、環装部品搬送機構１３０は、筒状体３０を環装部品の外周に嵌合させる筒状体嵌合手段として機能している。

より詳細には、環装部品搬送機構１３０は、ハウジング５の突起部５ｂがハウジング固定治具１４１を構成する支持部１４１ａに上方から当接するまで、筒状体３０を下降させる。係る当接によって、筒状体３０は支持部１４１ａによって鉛直下方から支持されるようになる。換言すれば、鉛直方向における筒状体３０の高さ位置は支持部１４１ａによって規定されてなる。そして、係る態様にて突起部５ｂが支持部１４１ａによって鉛直下方から支持された後、図５において図示しないハウジング固定治具駆動機構１４０が、図示しない所定の退避位置に退避していたハウジング固定治具１４１の可動部１４１ｂを、矢印ＡＲ１にて示すように、鉛直上方から突起部５ｂの方へと下降させて突起部５ｂに当接させる。これによって、図５（ｃ）に示すように、ハウジング固定治具１４１によってハウジング５の突起部５ｂが挟持固定される。すなわち、ハウジング５を含む筒状体３０がハウジング固定治具１４１によって固定された状態が実現される。

なお、環装部品搬送機構１３０による、ワッシャー７、セラミックサポータ８、および、圧粉体９の搬送および素子ダミー１２１への嵌め合わせ、および、その後に行うそれら環装部品の外周への筒状体３０の嵌め合わせは、環装部品搬送機構１３０が、それぞれの部品の形状や材質に応じた構造や材質を有する相異なる搬送アーム等を備え、それら搬送アーム等を用いて実現される態様であってよい。

また、ハウジング固定治具１４１を構成する支持部１４１ａと可動部１４１ｂの形状は、鉛直上下方向からハウジング５の突起部５ｂを挟持固定できるものであれば、特に限定されない。例えば支持部１４１ａおよび可動部１４１ｂがそれぞれに、対称な形状を有する１対の部材から構成されていてもよいし、平面視Ｃ字状やＵ字状をなす一の部材から構成されていてもよい。また、支持部１４１ａと可動部１４１ｂとが相異なる形状を有していてもよい。

上述した態様にてハウジング５を含む筒状体３０が固定されると、続いて、センサ素子１０が、図６（ａ）に示すように保護膜Ｐが形成された側の端部（第１先端部１０ａ）を上端側とする姿勢で、素子ダミー１２１と一直線上に並ぶ位置に当接配置される。係るセンサ素子１０の配置は、図６において図示しない素子搬送機構１５０が、あらかじめ素子外部から搬入されて素子待機部１５１に待機させられていたセンサ素子１０を、保護膜Ｐと接触しない態様にて素子ダミー１２１の上方へと搬送し、さらに、図６（ａ）にて矢印ＡＲ２にて示すように素子ダミー１２１の鉛直上方において下降させ、素子ダミー１２１の上端に当接させることによって実現される。素子搬送機構１５０は、当該位置にてセンサ素子１０を保持する。このとき、素子搬送機構１５０は、センサ素子１０を素子ダミー１２１の上端部に当接配置する素子配置手段として機能している。

なお、素子搬送機構１５０の具体的な構成は、保護膜Ｐと接触しない態様でのセンサ素子１０搬送および保持が好適に行える限りにおいて、特に限定されない。

係るセンサ素子１０の配置がなされると、図６において図示しない素子案内治具駆動機構１６０が作動することにより、図６（ａ）において矢印ＡＲ３にて示すように、素子案内治具１６１がセンサ素子１０の側方位置に配置される。素子案内治具１６１は、次の工程でセンサ素子１０を鉛直下方に降下させる際にセンサ素子１０を支持および案内するために配置されるものである。それゆえ、素子案内治具１６１のセンサ素子１０と対向する面は、センサ素子１０が接触しても傷を付けることのない材質にて形成されてなり、センサ素子１０と近接または接触する位置において鉛直方向に延在するように配置される。

素子案内治具１６１が配置されると、素子搬送機構１５０によるセンサ素子１０の保持は解除され、センサ素子１０がその下端部（第２先端部１０ｂ）を素子ダミー１２１によって支持された状態となるとともに、図６において図示しないダミー昇降機構１２０が再び作動することにより、図６（ｂ）において矢印ＡＲ４にて示すように、素子ダミー１２１が鉛直下方へと下降させられる。すると、係る下降に呼応して、下端部（第２先端部１０ｂ）を素子ダミー１２１によって支持されていたセンサ素子１０も鉛直下方へと下降していく。これにより、環装部品の貫通孔内においては素子ダミー１２１とセンサ素子１０とが順次に入れ替わっていき、結果として、センサ素子１０に環装部品が環装された状態が実現される。このとき、ダミー昇降機構１２１は、センサ素子１０に環装部品の貫通孔を嵌め合わせる素子嵌合手段として機能していることになる。

係る態様によれば、環装部品は常に、素子ダミー１２１もしくはセンサ素子１０に環装された状態となっているので、環装部品に位置ずれが生じてセンサ素子１０が組み込めないという不具合の発生が、好適に抑制される。

係るセンサ素子１０の下降が一定程度進行し、素子案内治具１６１による支持および案内がなくともセンサ素子１０が鉛直下方に下降していくようになると、素子案内治具駆動機構１６０が再び作動して、図６（ｂ）において矢印ＡＲ６にて示すように、素子案内治具１６１をセンサ素子１０から離隔させる。これは、保護膜Ｐが素子案内治具１６１に接触しないようにするためでもある。

素子ダミー１２１を下降させることによるセンサ素子１０の下降は、図６（ｃ）に示すように、センサ素子１０がワッシャー７を貫通し、かつ、センサ素子１０の上端部（第１先端部１０ａ）の近傍がハウジング５の上端の位置に到達する状態まで行う。なお、センサ素子１０の上端部のハウジング５からの具体的な突出の度合いは、最終的にガスセンサ１が得られた時の突出の度合いが好適なものとなるように調整されるのが好ましい。

続いて、図７において図示しない封止治具昇降機構１１０が再び作動し、図７（ａ）にて矢印ＡＲ７にて示すように封止治具１１１を上昇させることにより、環装部品全体をその下端部側から鉛直上方へと押圧する。すると、圧粉体９（９ａ、９ｂ）が所定の厚みに圧縮され、筒状体３０の内部において、センサ素子１０のガス導入口１１等が備わる第１先端部１０ａ側とケーブルＣとの接続端子１３などが備わる第２先端部１０ｂとの間が封止される。これにより、ガスセンサ１における被測定ガス空間と基準ガス空間との間の気密性が確保される。このとき、封止治具１１１と封止治具昇降機構１１０とが、圧粉体を圧縮する押圧手段として機能していることになる。

係る圧縮を行った結果として、図７（ａ）に示すように、素子ダミー１２１の上端とセンサ素子１０の下端とは離隔した状態となる。係る状態となった後、図７（ｂ）に矢印ＡＲ８にて示すように、図７において図示しないダミー昇降機構１２０が素子ダミー１２１をさらに下降させ、素子ダミー１２１を所定の位置に退避させる。

続いて、図８において図示しないカシメ治具駆動機構１７０が作動することにより、図８（ａ）に矢印ＡＲ９にて示すように、カシメ治具１７１が内筒６に対し側方から接近し、ワッシャー７の直下の高さ位置において、内筒６をその外周側から加締める。上述した封止治具１１１による圧粉体９の圧縮の結果、内筒６の内部であってワッシャー７の下方には空間が出来ているので、係る加締めがなされることで、図８（ｂ）に示すように、内筒６には、ワッシャー７の直下の位置に凹部６ｂが好適に形成される。係る凹部６ｂが形成されることで、最終的に組立体４０を上方から取り出すときに、環装部品が脱落することが防止され、上述したように、筒状体３０の内部における環装部品の係止が実現される。このとき、カシメ治具１７１およびカシメ治具駆動機構１７０が筒状体３０をなす内筒６に環装部品が係止される凹部６ｂを形成する加締め手段として機能していることになる。

上述した凹部６ｂの形成によって、組立体４０が完成したことになる。係る凹部６ｂの形成後、図８において図示しないハウジング固定治具駆動機構１４０が再び作動して、図８において矢印ＡＲ１０にて示すようにハウジング固定治具１４１の可動部１４１ｂを所定の退避位置に退避させる。これにより、組立体４０は、封止治具１１１とハウジング固定治具１４１の支持部１４１ａとによって下方から支持された状態となる。続いて、図８において図示しない組立体搬送機構１８０が、図８において矢印ＡＲ１１にて示すように組立体４０を鉛直上方へと引き上げ、組立体待機部１８１へと搬送する。なお、組立体搬送機構１８０の具体的な構成は、これら組立体４０の引き上げおよび搬送が好適に行える限りにおいて、特に限定されない。

以上により、組立装置１００における一連の組立手順が完了する。引き続き別の組立体４０を組み立てる場合には、図５（ａ）に示した状態から同様の手順が繰り返される。また、得られた組立体４０は、組立装置１００の外部に供されて、第１カバー２、固定ボルト３、および第２カバー４を取り付けられる。これにより、ガスセンサ（の本体部）１が完成する。

以上説明した、本実施の形態において実現される組立体の組み立て手順によれば、環装部品は常に、素子ダミーもしくはセンサ素子に環装された状態となっているので、位置ずれが生じてセンサ素子が組み込めないという不具合の発生が、好適に抑制される。

また、開口部が設けられたセンサ素子の第１先端部が環装部品の貫通孔内を通過することがないので、第１先端部側に保護膜が形成されてなるセンサ素子を用いる場合であっても、組立を好適に行うことが出来る。

１ ガスセンサ
２ 第１カバー
３ 固定ボルト
４ 第２カバー
５ ハウジング
５ｂ （ハウジングの）突起部
５ｃ （ハウジングの）テーパー部
６ 内筒
６ｂ （内筒の）凹部
７ ワッシャー
８ セラミックサポータ
８ａ（８ａ、８ｂ、８ｃ） セラミックサポータ
９（９ａ、９ｂ） 圧粉体
１０ センサ素子
１０ａ （センサ素子の）第１先端部
１０ｂ （センサ素子の）第２先端部
１１ ガス導入口
３０ 筒状体
１００ 組立装置
１０１ 制御部
１０２ 操作部
１０３ 表示部
１０４ 記憶部
１０４ｐ 動作プログラム
１１１ 封止治具
１２１ 素子ダミー
１３１ 環装部品待機部
１４１ ハウジング固定治具
１４１ａ （ハウジング固定治具の）支持部
１４１ｂ （ハウジング固定治具の）可動部
１５１ 素子待機部
１６１ 素子案内治具
１７１ カシメ治具
１８１ 組立体待機部
Ｃ ケーブル
Ｐ 保護膜

Claims (10)

1. ガスセンサの組立方法であって、
   セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子の形状に類似する形状を有する素子ダミーを、鉛直方向に長手方向を有するように配置するダミー配置工程と、
   前記素子ダミーに、円板状または円筒状をなし、かつ、前記センサ素子の断面形状に応じた貫通孔を備える環装部品の前記貫通孔を鉛直上方から嵌め合わせるダミー嵌合工程と、
   前記環装部品の外周に筒状体を鉛直上方から嵌め合わせる筒状体嵌合工程と、
   前記素子ダミーの上端部に前記センサ素子を一直線上に当接配置する素子配置工程と、
   前記素子ダミーを鉛直下方に下降させることによって前記センサ素子を下降させ、前記センサ素子に前記環装部品の前記貫通孔を嵌め合わせる素子嵌合工程と、
   を備えることを特徴とするガスセンサの組立方法。
2. 請求項１に記載のガスセンサの組立方法であって、
   前記センサ素子が、一方端部の表面に保護膜を形成したものであり、前記素子配置工程においては、前記センサ素子の前記保護膜が形成されていない側の端部が前記素子ダミーによって支持されるように前記センサ素子を配置する、
   ことを特徴とするガスセンサの組立方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサの組立方法であって、
   前記素子嵌合工程の後、前記筒状体の下端部であって前記環装部品の直下の位置を前記筒状体の外周側より加締めることにより、前記環装部品を係止する凹部を形成する加締め工程、
   をさらに備えることを特徴とするガスセンサの組立方法。
4. 請求項３に記載のガスセンサの組立方法であって、
   前記ダミー嵌合工程においては前記環装部品としてセラミックスの圧粉体を含む複数種類の部品が前記素子ダミーに嵌め合わされるようになっており、
   前記環装部品の鉛直方向下端部を鉛直上方へと押圧することにより前記圧粉体が圧縮する押圧工程、
   をさらに備え、
   前記押圧工程を前記素子嵌合工程に続いて行い、
   前記加締め工程においては、前記押圧工程によって前記筒状体の内部において前記環装部品の直下に形成された空隙部分を加締める、
   ことを特徴とするガスセンサの組立方法。
5. 請求項４に記載のガスセンサの組立方法であって、
   前記ダミー嵌合工程においては、前記押圧工程において前記環装部品の押圧に用いる治具によって嵌め合わされた前記環装部品を下方から支持する、
   ことを特徴とするガスセンサの組立方法。
6. ガスセンサを組み立てるための装置であって、
   セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子の形状に類似する形状を有する素子ダミーと、
   前記素子ダミーを鉛直方向に長手方向を有するように配置するダミー配置手段と、
   前記素子ダミーに、円板状または円筒状をなし、かつ、前記センサ素子の断面形状に応じた貫通孔を備える環装部品の前記貫通孔を鉛直上方から嵌め合わせる環装部品嵌合手段と、
   前記環装部品の外周に筒状体を鉛直上方から嵌め合わせる筒状体嵌合手段と、
   前記素子ダミーの上端部に前記センサ素子を一直線上に当接配置する素子配置手段と、
   前記素子ダミーを鉛直下方に下降させることによって前記センサ素子を下降させ、前記センサ素子に前記環装部品の前記貫通孔を嵌め合わせる素子嵌合手段と、
   を備えることを特徴とするガスセンサの組立装置。
7. 請求項６に記載のガスセンサの組立装置であって、
   前記素子配置手段は、前記センサ素子が一方端部の表面に保護膜を形成したものである場合、前記センサ素子の前記保護膜が形成されていない側の端部が前記素子ダミーによって支持されるように前記センサ素子を当接配置する、
   ことを特徴とするガスセンサの組立装置。
8. 請求項６または請求項７に記載のガスセンサの組立装置であって、
   前記環装部品の外周に嵌め合われた前記筒状体の下端部であって前記環装部品の直下の位置を前記筒状体の外周側より加締めることにより、前記環装部品を係止する凹部を形成する加締め手段、
   をさらに備えることを特徴とするガスセンサの組立装置。
9. 請求項８に記載のガスセンサの組立装置であって、
   前記環装部品としてセラミックスの圧粉体を含む複数種類の部品が前記素子ダミーに嵌め合わされる場合において、前記環装部品の鉛直方向下端部を鉛直上方へと押圧することにより前記圧粉体が圧縮する押圧手段、
   をさらに備え、
   前記加締め手段は、前記押圧手段によって前記筒状体の内部において前記環装部品の直下に形成された空隙部分を加締める、
   ことを特徴とするガスセンサの組立装置。
10. 請求項９に記載のガスセンサの組立装置であって、
    前記押圧手段が、前記環装部品の押圧に用いる治具によって嵌め合わされた前記環装部品を下方から支持する支持手段を兼ねる、
    ことを特徴とするガスセンサの組立装置。

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