JP6650311B2 - ガスセンサの製造方法およびガスセンサの製造装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態において製造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。
次に、ガスセンサ1の製造工程のうち、本実施の形態において主たる対象とする組立体40の製造工程について説明する。図3は、組立体40の製造の手順を概略的に示す図である。
図4は、図3に示した手順にて組立体40の製造を行う製造装置100の概略的な構成を示すブロック図である。
以下、図3に示した手順にて行う組立体40の製造の詳細を、順次に説明する。
中間体組立処理部120において組み立てられた中間体40αは、以降、搬送処理部110によって搬送され、後段の処理を行う各部との間で逐次受け渡される。
中間体組立処理部120において組み立てられた中間体40αは、仮封止処理部130において行われる仮封止(一次圧縮)工程(図3のステップS2)工程に供される。仮封止工程は、センサ素子10を素子位置決めピン132と当接する位置にて仮に固定することを主たる目的として行う工程である。ここで、「仮に」と言っているのは、この後に行う本封止(二次圧縮)の際にセンサ素子10にわずかながら変位が生じるからである。
仮封止処理部130において仮封止がなされた中間体40αは、本封止/加締め処理部140において行われる本封止(二次圧縮)工程(図3のステップS3)およびこれに続く一次加締め工程(図3のステップS4)に供される。本封止工程は、被測定ガス空間と基準ガス空間との間の気密の確保を主たる目的として行う工程である。一次加締め工程は、本封止された中間体40αにおいて、筒状体30内の環装部品を完全に拘束するために行う工程である。
本封止/加締め処理部140において本封止と一次加締めがなされた中間体40αは、増し締め処理部150において行われる二次加締め(増し締め)工程(図3のステップS5)に供される。二次加締め工程は、筒状体30内における環装部品の拘束をより確実化させるために行う工程である。
次に、上述の態様にて行う二段階封止の効果について、封止を一段階のみ行う場合(以下、対比例)との対比により説明する。図26は、対比例における気密封止の手順を示す図である。
本封止の際に気密封止を実現するために必要な力(荷重)を評価するべく、中間体40αとして、センサ素子10の長手方向に垂直な断面のサイズが4.25mm×1.45mmでありワッシャー7、セラミックサポータ8a、8b、8c、圧粉体9(9a、9b)の外径がそれぞれ8.9mm、8.85mm、8.7mm、8.7mm、8.9mmであるものを複数用意し、それぞれについて相異なる封止条件で封止を行うことにより5通りの評価用の組立体を作製したうえで、それぞれの組立体についてリーク試験を行った。
仮封止の実効性を確認するべく、実施例1に用いたものと同じ条件にて作製された中間体40αについて、圧粉体9によるセンサ素子10の固定に必要な荷重と、センサ素子10に欠けが発生する荷重との評価を行った。
本実施例では、仮封止後の突き出し長t1と本封止後の突き出し長t2との相関について評価した。
t2=1.0358t1+1.3174 ・・・(1)
という関係式が得られるとともに、相関係数Rについて
R2=0.997 ・・・(2)
なる値が得られた。すなわち、本封止後の突き出し長t2と仮封止時の突き出し長t1との間には強い相関関係(線型関係)があることが確認された。この結果は、仮封止時の突き出し長t1を管理することで、本封止後の突き出し長t2を管理することができることを指し示している。
5 ハウジング
6 内筒
6a、6b 凹部
7 ワッシャー
8(8a、8b、8c) セラミックサポータ
9(9a、9b) 圧粉体
10 センサ素子
30 筒状体
31 部品環装体
40α 中間体
40 組立体
100 製造装置
111 搬送パレット
111a 嵌合部
111b 孔部
131、141、151 パレット載置台
131a、141a、151a パレット嵌合部
131b (パレット載置台の)孔部
132 素子位置決めピン
133A 第1調整治具
133B 第2調整治具
134 仮封止治具
142 本封止治具
143 第1加締め治具
144、154 サーボシリンダ
145、155 案内部材
146、156 ガイド面
152 増し締め補助治具
153 第2加締め治具
190 試験用固定台
191 シールゴム
WH ワイヤーハーネス
Claims (15)
- ガスセンサの製造方法であって、
あらかじめ作製された中間体に所定の処理を行うことで前記ガスセンサを構成する組立体を得る工程を含んでおり、
前記中間体が、
少なくとも1つがセラミックスの圧粉体であり、それぞれが円板状または円筒状をなしている複数の環装部品を、セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子に環装した環装体と、
前記環装体の外周に環装された、内部において前記環装体の一方端部側を係止可能な筒状体と、
を備えるものであり、
前記複数の環装部品が少なくともワッシャーを含んでおり、
前記組立体を得る工程が、
前記中間体を構成する前記センサ素子の一方端部を所定の位置決め部材に当接させることで前記センサ素子を位置決めする位置決め部材配置工程と、
前記位置決め部材配置工程によって前記センサ素子が位置決めされた状態で前記センサ素子の他方端部側から所定の第1の治具を前記ワッシャーに当接させることによって前記環装部品に第1の力を印加し、これによって前記圧粉体を圧縮させることで前記筒状体の内部において前記センサ素子を固定する一次圧縮工程と、
前記一次圧縮工程の後、前記センサ素子の前記一方端部を前記位置決め部材に当接させない状態で前記センサ素子の前記他方端部側から所定の第2の治具を前記ワッシャーに当接させることによって前記環装部品に対し前記第1の力よりも大きい第2の力を印加し、これによって前記圧粉体をさらに圧縮することで前記筒状体の内部において前記センサ素子の一方端部側の空間と他方端部側の空間との間を気密封止する二次圧縮工程と、
を含むことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項1に記載のガスセンサの製造方法であって、
前記センサ素子の長手方向が鉛直方向に延在し、かつ、前記他方端部側が上方となる前記中間体および前記組立体の姿勢を組立姿勢とするとき、
前記位置決め部材配置工程は、前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記位置決め部材を前記センサ素子の下方側から前記センサ素子の前記一方端部に当接させる工程であり、
前記一次圧縮工程においては、前記中間体を前記組立姿勢とし、かつ、前記位置決め部材配置工程によって前記センサ素子が位置決めされた状態で、前記第1の力を前記環装部品の上部に対し鉛直下向きの力として印加することによって前記圧粉体を圧縮し、圧縮された前記圧粉体によって前記センサ素子を前記位置決め部材の配置位置によって定まる第1の位置にて固定し、
前記二次圧縮工程においては、前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記環装部品の上部に対し前記第2の力を印加する、
ことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項2に記載のガスセンサの製造方法であって、
前記二次圧縮工程に伴い前記センサ素子が前記第1の位置から鉛直方向にずれることで前記二次圧縮工程後において前記センサ素子が第2の位置に配置されるとするときに、前記位置決め部材配置工程においては、前記第2の位置が前記組立体における前記センサ素子の配置位置としてあらかじめ定められてなる範囲内の位置となるように、前記位置決め部材を配置する、
ことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項3に記載のガスセンサの製造方法であって、
前記位置決め部材配置工程においては、あらかじめ特定されている前記センサ素子についての前記第1の位置と前記第2の位置との相関関係に基づいて、前記第2の位置が前記組立体における前記センサ素子の配置位置としてあらかじめ定められてなる範囲内の位置となるように、前記位置決め部材を配置する、
ことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載のガスセンサの製造方法であって、
前記組立体を得る工程が、
前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記二次圧縮工程によって前記圧粉体が圧縮された前記環装部品の最上部の直上位置である第1の加締め位置において前記筒状体を第1の加締め手段によって外周から加締める一次加締め工程、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項5に記載のガスセンサの製造方法であって、
前記一次加締め工程を、前記二次圧縮工程に続いて前記環装部品の上部に対し前記第2の力を印加した状態のまま行う、
ことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 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であって、
前記組立体を得る工程が、
前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記一次加締め工程後における前記圧粉体の存在位置の側方である第2の加締め位置において前記筒状体を第2の加締め手段によって外周から加締める二次加締め工程、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサの製造方法。 - ガスセンサの製造装置であって、
あらかじめ作製された中間体に所定の処理を行うことで前記ガスセンサを構成する組立体を得る手段を少なくとも有しており、
前記中間体が、
少なくとも1つがセラミックスの圧粉体であり、それぞれが円板状または円筒状をなしている複数の環装部品を、セラミックスを主構成材料とする長尺状のセンサ素子に環装した環装体と、
前記環装体の外周に環装された、内部において前記環装体の一方端部側を係止可能な筒状体と、
を備えるものであり、
前記複数の環装部品が少なくともワッシャーを含んでおり、
前記組立体を得る手段が、
前記中間体を構成する前記センサ素子の一方端部に当接されることで前記センサ素子を位置決めする位置決め部材と、
第1の治具を備え、前記センサ素子が前記位置決め部材によって位置決めされた状態で前記センサ素子の他方端部側から前記第1の治具を前記ワッシャーに当接させることによって前記環装部品に第1の力を印加し、これによって前記圧粉体を圧縮させることで前記筒状体の内部において前記センサ素子を固定する一次圧縮を行う一次圧縮手段と、
第2の治具を備え、前記一次圧縮の後、前記センサ素子の前記一方端部を前記位置決め部材に当接させない状態で前記センサ素子の前記他方端部側から前記第2の治具を前記ワッシャーに当接させることによって前記環装部品に対し前記第1の力よりも大きい第2の力を印加し、これによって前記圧粉体をさらに圧縮することで前記筒状体の内部において前記センサ素子の一方端部側の空間と他方端部側の空間との間を気密封止する二次圧縮を行う二次圧縮手段と、
を備えることを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項8に記載のガスセンサの製造装置であって、
前記センサ素子の長手方向が鉛直方向に延在し、かつ、前記他方端部側が上方となる前記中間体および前記組立体の姿勢を組立姿勢とするとき、
前記位置決め部材は、前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記センサ素子の下方側から前記センサ素子の前記一方端部に当接され、
前記一次圧縮においては、前記中間体を前記組立姿勢とし、かつ、前記位置決め部材によって前記センサ素子を位置決めした状態で、前記第1の力を前記環装部品の上部に対し鉛直下向きの力として印加することによって前記圧粉体を圧縮し、圧縮された前記圧粉体によって前記センサ素子を前記位置決め部材の配置位置によって定まる第1の位置にて固定し、
前記二次圧縮においては、前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記環装部品の上部に対し前記第2の力を印加する、
ことを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項9に記載のガスセンサの製造装置であって、
前記二次圧縮に伴い前記センサ素子が前記第1の位置から鉛直方向にずれることで前記二次圧縮後において前記センサ素子が第2の位置に配置されるとするときに、前記位置決め部材は、前記第2の位置が前記組立体における前記センサ素子の配置位置としてあらかじめ定められてなる範囲内の位置となるように配置される、
ことを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項10に記載のガスセンサの製造装置であって、
あらかじめ特定されている前記センサ素子についての前記第1の位置と前記第2の位置との相関関係に基づいて、前記第2の位置が前記組立体における前記センサ素子の配置位置としてあらかじめ定められてなる範囲内の位置となるように、前記位置決め部材を配置する、
ことを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項9ないし請求項11のいずれかに記載のガスセンサの製造装置であって、
前記組立体を得る手段が、
前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記二次圧縮によって前記圧粉体が圧縮された前記環装部品の最上部の直上位置である第1の加締め位置において前記筒状体を外周から加締める一次加締めを行う一次加締め手段、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項12に記載のガスセンサの製造装置であって、
前記二次圧縮手段が前記環装部品の上部に対し前記第2の力を印加した状態のままで前記一次加締め手段が前記一次加締めを行う、
ことを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項12または請求項13に記載のガスセンサの製造装置であって、
前記組立体を得る手段が、
前記中間体を前記組立姿勢とした状態で、前記一次加締め後の前記圧粉体の存在位置の側方である第2の加締め位置において前記筒状体を外周から加締める二次加締めを行う二次加締め手段、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサの製造装置。 - 請求項8ないし請求項14のいずれかに記載のガスセンサの製造装置であって、
前記複数の環装部品を前記センサ素子に環装して前記環装体を得る第1環装機構と、
前記環装体の外周に前記筒状体を環装して、前記中間体を得る第2環装機構と、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサの製造装置。
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