JP2014196918A

JP2014196918A - ガスセンサーの製造方法

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Publication number: JP2014196918A
Application number: JP2013071829A
Authority: JP
Inventors: 美好牧野; Miyoshi Makino; 建宏小金井; Takehiro Koganei; 信和生駒; Nobukazu Ikoma
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP5810120B2; EP2784497A1; US9423368B2; EP2784497B1; US20140290039A1; PL2784497T3

Abstract

【課題】シール性と電気的な接続性とをより良好なものとすることができるガスセンサーの製造方法を提供する。
【解決手段】２箇所の加締め部Ａ，Ｂのうち、加締め部Ｂを加締め部Ａよりも先に加締め始める。加締め部Ａ，Ｂを同時に加締め始めるものに対して、加締め前の自由な状態にあるゴム栓６０に一度に大きな力が作用するのを抑えると共に、加締め部Ｂの部分のゴム栓６０を位置決めした状態で加締め部Ａを加締め始める製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスセンサーの製造方法に関する。

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの所定のガスの濃度を検出するガスセンサーが知られている。例えば、特許文献１には、金属製の筒状体の内部に配置され筒状体の先端側でガス濃度を検出するセンサー素子と、センサー素子の後端側に形成された電極に接触するコネクターと、筒状体の後端側の開口端に取り付けられる弾性体（グロメット）と、コネクターに接続されて筒状体の開口端から弾性体の貫通孔を通して外部に引き出されるリード線とを備えたガスセンサーが記載されている。

このようなガスセンサーの製造方法としては、特許文献１に記載されているように、筒状体の軸方向に所定間隔を空けた２箇所を加締める加締め加工を行うことで、弾性体を多段（２段）加締めによって筒状体に固定するものが提案されている。

特開平０９−１９６８８５号公報

上述したように、弾性体を加締め加工により固定するものでは、加締め加工によって弾性体の軸方向の伸びが大きくなり過ぎたり弾性体の位置ズレが大きくなり過ぎたりすると、シール性を十分に確保できなくなったり、コネクターとリード線との接続部分が位置ズレして電気的な接続に悪影響を及ぼしたりするおそれがある。

本発明のガスセンサーの製造方法は、センサー素子が配置される筒状体の開口端を弾性体を加締めることで封止するものにおいて、シール性と電気的な接続性とをより良好なものとすることを主目的とする。

本発明のガスセンサーの製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のガスセンサーの製造方法は、
被測定ガスのガス濃度を検出可能なセンサー素子と、前記センサー素子と電気的に導通するコネクターと、前記センサー素子と前記コネクターとが内部に配置され開口端が形成された筒状体と、前記コネクターに接続され前記筒状体の開口端から外方に延びるリード線と、前記開口端を封止するよう前記筒状体内に配置され内部に前記コネクターと前記リード線との接続部が配置されると共に該リード線が挿通される弾性体と、を備えるガスセンサーの製造方法であって、
前記筒状体と前記弾性体とを、前記接続部側の加締め部と、該接続部側の加締め部よりも開口端側の加締め部とを含む複数箇所で縮径状に加締める加締め加工を含み、
前記加締め加工では、前記複数箇所のうち、前記接続部側の加締め部以外の加締め部を先に加締め始める
ことを要旨とする。

この本発明のガスセンサーの製造方法では、開口端が形成された筒状体と、内部にコネクターとリード線との接続部が配置されると共にリード線が挿通される弾性体とを、接続部側の加締め部と、接続部側の加締め部よりも開口端側の加締め部とを含む複数箇所で縮径状に加締める加締め加工を含んでおり、その加締め加工では、複数箇所のうち、接続部側の加締め部以外の加締め部を先に加締め始める。これにより、複数箇所を同時に加締め始めるものに比べて、加締め前の自由な状態にある弾性体に一度に大きな加締めの力が作用するのを抑えると共に、弾性体を開口端側において位置決めした状態で接続部側を加締め始めることができる。このため、複数箇所を同時に加締め始めるものに比べて、加締め加工における弾性体の位置ズレを抑えることができるから、コネクターとリード線との接続部の位置ズレを抑えて接続不良を防止することができる。また、加締められた弾性体が開口端から突出する量を抑えることにより弾性体の内圧を高めることができるから、シール性を向上させることができる。したがって、シール性と電気的な接続性とをより良好なものとすることができる。

ここで、「複数箇所のうち、接続部側の加締め部以外の加締め部を先に加締め始める」とは、複数箇所のうち、接続部側の加締め部よりも開口端側の加締め部を先に加締め始めるものであればよく、最も開口端側にある加締め部を先に加締め始めるものでもよい。また、接続部側の加締め部以外の加締め部を加締めている途中で、接続部側の加締め部を加締め始めてもよいし、接続部側の加締め部以外の加締め部を加締め終わってから、接続部側の加締め部を加締め始めてもよい。

また、本発明のガスセンサーの製造方法において、前記加締め加工では、前記複数の加締め部として、前記接続部側の第１の加締め部と、前記開口端側の第２の加締め部との２箇所を加締め、該２箇所のうち、前記第２の加締め部を前記第１の加締め部よりも先に加締め始めるものとすることもできる。こうすれば、第１の加締め部と第２の加締め部とを同時に加締め始めるものに比べて、シール性と電気的な接続性とをより良好なものとすることができる。

また、本発明のガスセンサーにおいて、前記加締め加工では、前記第１の加締め部における前記筒状体の内径が、前記第２の加締め部における前記筒状体の内径よりも大きくなるよう加締めるものとすることもできる。こうすれば、第１の加締め部において接続部に過大な力が作用するのを抑制して電気的な接続性に影響を及ぼすのを防止しつつ、第２の加締め部を十分に加締めてシール性を向上させることができるから、シール性と電気的な接続性とをさらに良好なものとすることができる。

また、本発明のガスセンサーの製造方法において、前記加締め加工では、前記筒状体の軸方向において前記第１の加締め部と前記第２の加締め部との間に所定の間隔をもって加締めるものとすることもできる。こうすれば、第１の加締め部から加締め始めて次に第２の加締め部を加締める場合に、所定の間隔の部分で弾性体の伸びを吸収することができるから、加締め時の弾性体の位置ズレをさらに抑制することができる。

ガスセンサー１０の縦断面図である。ガスセンサー１０の加締め部の部分断面図である。ガスセンサー１０の製造工程において外筒４６とゴム栓６０とを加締める様子を示す説明図である。ガスセンサー１０の製造工程において外筒４６とゴム栓６０とを加締める様子を示す説明図である。２箇所の加締め部を同時に加締め始める場合の様子を示す説明図である。２箇所の加締め部のうち開口端側を先に加締め始める場合の様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１はガスセンサー１０の縦断面図である。図１に示すように、ガスセンサー１０は、被測定ガスから所定のガス成分のガス濃度を測定するセンサー素子２０と、センサー素子２０の一方の端部を保護する保護カバー３０と、センサー素子２０と導通するコネクター５０やゴム栓６０を含むセンサー組立体４０とを備えている。このガスセンサー１０は、例えば車両の排ガス管に取り付けられて被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ₂等のガス濃度を測定するために用いられる。

センサー素子２０は、細長な長尺の板状体形状の素子であり、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる例えば６枚のセラミックス基板を積層して形成されている。なお、センサー素子２０の保護カバー３０側の端部を先端と表記し、コネクター５０側の端部を基端と表記する。このセンサー素子２０の基端表面及び裏面には、センサー素子２０に電圧を印加したり、センサー素子２０が検出するガス成分の濃度に応じて生じる起電力又は電流を取り出したりするための図示しない電極が形成されている。この電極は、センサー素子２０の表面及び裏面に複数個形成されており、センサー素子２０内部の電路を介してセンサー素子２０の先端内の電極と導通している（図示せず）。

保護カバー３０は、センサー素子２０の先端の周囲を取り囲むように配置されている。この保護カバー３０は、センサー素子２０の先端を覆う内側保護カバー３１と、この内側保護カバー３１を覆う外側保護カバー３２とを備えている。内側保護カバー３１は、筒状に形成され、センサー素子２０の先端に被測定ガスを導入するための内側保護カバー孔３１ａを備えている。外側保護カバー３２は、有底筒状に形成され、側面に被測定ガスを導入するための外側保護カバー孔３２ａを備えている。内側保護カバー３１，外側保護カバー３２は、例えばステンレス鋼などの金属製である。

センサー組立体４０は、金属製の主体金具４１と、主体金具４１に溶接固定された円筒形の内筒４２及び外筒４６と、センサー素子２０の基端に接続されたコネクター５０と、外筒４６に取り付けられたゴム栓６０とを備えている。主体金具４１は、雄ネジ部４１ａにより例えば車両の排ガス管に取り付け可能になっている。主体金具４１および内筒４２の内部には、複数のセラミックスサポーター４３ａ〜４３ｃと、セラミックスサポーター４３ａ，４３ｂ間及びセラミックスサポーター４３ｂ，４３ｃ間に充填されたタルク等のセラミックス粉体４４ａ，４４ｂとが封入されており、これらはメタルリング４５と主体金具４１の内壁と内筒４２の内壁とに挟まれて封止されている。外筒４６は、内筒４２，センサー素子２０，コネクター５０の周囲を覆っており、その開口端４６ａ（図１中の外筒４６の上端）にゴム栓６０が取り付けられている。

コネクター５０は、アルミナ焼結体などセラミックス製のハウジング５１と、このハウジング５１に保持されてセンサー素子２０の電極に接触する接触金具５２とを備えている。接触金具５２は、コネクター５０の外部に引き出されて、圧着端子である接続部５２ａでリード線４８と電気的に接続されている。リード線４８は、センサー組立体４０の外部に引き出されている。なお、コネクター５０は、センサー素子２０の表面及び裏面に複数個形成された電極に対応する数（例えば、４個や８個など）の接触金具５２を備えており、このため、接続部５２ａは複数箇所（例えば、４箇所や８箇所など）となり、リード線４８も複数本（例えば、４本や８本など）引き出されることになる。

ゴム栓６０は、外筒４６の開口端４６ａにおいて、外筒４６とリード線４８（接続部５２ａ）との隙間を封止するためのフッ素ゴム製の部材であり、内部を貫通する貫通孔６０ａ内に、接続部５２ａが配置されると共にリード線４８が挿通されている。なお、複数の接続部５２ａやリード線４８をそれぞれ収容するように貫通孔６０ａも複数形成されている。ここで、ガスセンサー１０は、車両の排ガス管に取り付けられるから、取付スペースの制約上、小型化が要求されるものである。このため、接続部５２ａをゴム栓６０の貫通孔６０ａ内に配置することで、ゴム栓６０の全長（軸方向の長さ）を抑えて、ガスセンサー１０の小型化（外筒４６の長さ抑制）を図っている。また、ゴム栓６０には、無機物の充填材（骨材）が添加されている。充填材としては、粒径が０．１〜１０μｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）を、１〜３０重量％の添加率で添加しており、このような充填材を添加することにより、ゴム栓６０の硬度を上げることができる。

このゴム栓６０は、外筒４６と共に縮径状に加締められることにより、外筒４６内に固定されており、その加締め部の部分断面図を図２に示す。図示するように、外筒４６（ゴム栓６０）の軸方向に２箇所の加締め部があり、コネクター５０側（センサー素子２０側）を加締め部Ａ（図中（Ａ））、加締め部Ａよりも開口端４６ａ側（リード線４８が外方に引き出される側）を加締め部Ｂ（図中（Ｂ））とする。加締め部Ａは、接触金具５２とリード線４８との接続部５２ａに対応する箇所（接続部５２ａに対応する外筒４６の径方向の箇所であり、図２中の接続部５２ａの真上および真下の箇所）における外筒４６を全周にわたって加締めたものであり、加締め部Ａの加締め幅ＬＡ（外筒４６の軸方向の長さ）は、接続部５２ａの幅内（接続部５２ａにおける外筒４６の軸方向の長さ内）に収まっている。なお、加締め部Ｂは、加締め部Ａから所定の間隔ＬＳだけ離れており、その加締め幅ＬＢは、加締め幅ＬＡと同じである。これらの加締め部Ａ，Ｂにおける外筒４６の内径を、それぞれ内径φＡ，φＢとすると、「内径φＡ＞内径φＢ」の関係となっている。即ち、加締め部Ｂは、加締め部Ａよりもきつめに加締められたものとなっている。なお、本実施形態では、加締め部Ａ，Ｂにおいて、加締め前の外筒４６の内径や外筒４６の肉厚は同じものとするから、内径φＡ，Ｂは、加締められている状態のゴム栓６０の外径に相当する。

ここで、ゴム栓６０は、外筒４６の開口端４６ａを封止するために取り付けられるから、十分に加締められていない場合には、シール性を確保することができず、被測定ガス以外のガスや水分などの外筒４６内へのリークが生じてセンサー素子２０の検出精度に悪影響を及ぼすことがある。一方で、ゴム栓６０には、リード線４８が挿通されるだけでなく、接触金具５２とリード線４８との接続部５２ａが配置されているから、ゴム栓６０が全長にわたって過剰に加締められた場合には、リード線４８や接続部５２ａに過大な力が作用することになる。リード線４８や接続部５２ａに過大な力が作用すると、リード線４８に断線が生じやすくなったり、リード線４８の抵抗値が不安定になったり、接続部５２ａの接続不良が生じたり、接続部５２ａ同士の接触によるショートが生じたりして、電気的な接続性が損なわれることがある。また、加締め部Ａの箇所を加締めないものとした場合には、貫通孔６０ａ内で接続部５２ａが拘束されない状態となるから、車両からの振動によって接続部５２ａ（接触金具５２）の位置ずれが生じやすくなるため、この場合も電気的な接続性が損なわれることがある。そこで、本実施形態では、加締め部Ｂでは、加締め部Ａよりもきつめに加締められたものとすることで、シール性を確保して、リークを防止するものとした。また、加締め部Ａでは、加締め部Ｂよりも緩めに加締められたものとすることで、接続部５２ａを拘束しつつ過大な力が作用するのを防止して、電気的な接続性を良好なものとした。加締め部Ａ，Ｂの内径φＡ，φＢを、「内径φＡ＞内径φＢ」の関係としたのは、このように、リーク防止と電気的な接続不良の防止との両立を図るためである。

また、加締め部Ｂでは、シール性を確保するために、加締め前後の外筒４６の内径の径差（加締め前の内径−加締め後の内径φＢ）を、加締め前の内径で除した加締め率を８％〜１４％の範囲内とした。なお、加締め前の内径としては、加締め部Ｂに対応する部分における加締め前の外筒４６の内径を用いるが、それに代えて、加締め後の所定の間隔ＬＳの部分（加締め部Ａ，Ｂ間の加締められていない部分）における外筒４６の内径を用いてもよい。さらに、加締め部Ａでは、緩めの加締めとしつつシール性が著しく損なわれることのないよう、内径φＡを内径φＢよりも僅かに大きな内径に定めた。具体的には、内径φＡと内径φＢとの差異を、内径φＢで除した内径差異率が１％〜５％となるように定めた。即ち、内径φＡは、内径φＢに対して１％〜５％大きな内径となっている。また、本実施形態では、上述したように、ゴム栓６０に充填材を添加してゴム栓６０の硬度を上げているから、ゴム栓６０の耐久性を向上させることができる。このため、ゴム栓６０の破断などを抑制して、確保したシール性を長期的に維持することができる。特に、ガスセンサー１０は車両に用いられるものであり、ゴム栓６０が２５０℃を超える高温ガスに晒されて、ゴム栓６０が劣化しやすい環境にあるから、充填剤を添加する効果が顕著なものとなる。

次に、ガスセンサー１０の製造方法について説明する。まず、主体金具４１と内筒４２とを同軸となるように溶接により組み付け、その内部に、主体金具４１側からの並びがセラミックスサポーター４３ａ，セラミックス粉体４４ａ，セラミックスサポーター４３ｂ，セラミックス粉体４４ｂ，セラミックスサポーター４３ｃの順になるよう、これらを充填してから、メタルリング４５を挿入する。次に、センサー素子２０をメタルリング４５側からセラミックスサポーター４３ｃ，セラミックス粉体４４ｂ，セラミックスサポーター４３ｂ，セラミックス粉体４４ａ，セラミックスサポーター４３ａの順に貫通させる。なお、セラミックスサポーター４３ａ〜４３ｃとセラミックス粉体４４ａ，４４ｂ、メタルリング４５には、センサー素子２０が貫通可能な孔が予め形成されているものとする。そして、メタルリング４５と主体金具４１とが互いに近付く方向に押圧してセラミックス粉体４４ａ，４４ｂを圧縮し、その状態でメタルリング４５よりも外方側（図１中の上側）の内筒４２を加締め加工により縮径し、さらに、内筒４２のセラミックス粉体４４ｂが配置された部分を加締め加工により縮径して、主体金具４１とセンサー素子２０からなる一次組み立て品を得る。

こうして一次組み立て品を得ると、主体金具４１に内側保護カバー３１及び外側保護カバー３２を溶接により取り付けて保護カバー３０を形成すると共に外筒４６を主体金具４１に溶接により取り付ける。続いて、貫通孔６０ａが形成されたゴム栓６０を用意する。ここで、ゴム栓６０の素材は、フッ素ゴムなどのゴム成分に、粒径が０．１〜１０μｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を充填材として、添加率が１〜３０重量％となるように添加し、ミキサーなどにより混練することにより形成する。充填材の形状は、粒子状や針状、板状などとし、また、充填材はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に限られず、シリカ（ＳｉＯ₂）を用いてもよい。こうして充填材が添加されたゴム素材を、必要な形状や寸法に形成すると共に貫通孔６０ａを形成するなどの必要な工程を経て、ゴム栓６０を得る。そして、ゴム栓６０の貫通孔６０ａ内を通したリード線４８と、接触金具５２の接続部５２ａがリード線４８に接続されたコネクター５０とを用意し、コネクター５０をセンサー素子２０の基端側に接続すると共にゴム栓６０を外筒４６の開口端４６ａに挿入する。次に、外筒４６とゴム栓６０とを加締め加工により縮径し、ゴム栓６０を外筒４６に固定する。ガスセンサー１０の製造工程において外筒４６とゴム栓６０とを加締める様子を図３，図４に示す。

図３に示すように、加締め加工は、加締め機（図示せず）にセットされる加締め治具１０２と、加締め治具１０２を背面側から押圧する押圧治具１０４とを用いて行われる。この加締め治具１０２には、加締め部Ａを加締めるための突起１０２ａと、加締め部Ｂを加締めるための突起１０２ｂとが形成されている。図３中の拡大図に示すように、突起１０２ａの高さｈａと突起１０２ｂの高さｈｂとは、僅かに異なり、高さｈｂの方が高さｈａよりもΔｈだけ（例えば、０．１ｍｍや０．２ｍｍなど）高くなっている。また、この加締め治具１０２は、円筒状の部材を４５°ずつ８分割したような形状となっている。このため、加締め機に突起１０２ａ，ｂが内周側を向くように加締め治具１０２を８個セットして、それらの加締め治具１０２の中心にガスセンサー１０をセットすると、円筒形の外筒４６の周りを囲むように加締め治具１０２が配置されることになる。また、加締め治具１０２の外周側の背面１０２ｃと、押圧治具１０２の内周側の押圧面１０４ａとは、角度が略同じテーパー状に形成されている。このため、押圧治具１０４が図３中左方向に移動して押圧面１０４ａと背面１０２ｃとが接触すると、押圧治具１０４の押圧を受けて加締め治具１０２（突起１０２ａ，１０２ｂ）が外周側から中心側（外筒４６側）に向けて略平行移動するように移動することになる。

そして、図３に示す状態から、押圧治具１０４がさらに図中左方向に移動して、加締め治具１０２が中心側に移動して外筒４６に当接すると、加締め加工が開始される（図４（ａ）参照）。ここで、突起１０２ａの高さｈａと突起１０２ｂの高さｈｂとが異なるため、図４（ａ）の拡大図に示すように、加締め治具１０２の突起１０２ｂが突起１０２ａよりも先に外筒４６に当接することになる。即ち、突起１０２ａよりも突起１０２ｂが、先に加締め加工を開始することになるから、加締め部Ｂを加締め部Ａよりも先に加締め始めることになる。そして、押圧治具１０４がさらに図中左方向に移動して、加締め治具１０２がさらに中心側（外筒４６側）に移動する（押し込まれる）ことにより、加締め加工が行われ、押圧治具１０４が所定位置まで移動すると、加締め加工が終了する（図４（ｂ）参照）。このとき、突起１０２ｂの高さｈｂが突起１０２ａの高さｈａよりもΔｈだけ高いため、突起１０２ｂの方が突起１０２ａよりもΔｈだけ押し込み量が大きいものとなる。このため、加締め部Ｂの方が加締め部Ａよりも加締め量が大きくなり、その分、加締め部Ｂの内径φＢが加締め部Ａの内径φＡよりも小さくなる。このような加締め加工を含む製造方法によって、図１のガスセンサー１０を得る。

このように、ガスセンサー１０の製造方法では、外筒４６とゴム栓６０とを加締める加締め加工において、２箇所の加締め部Ａ，Ｂのうち、加締め部Ｂを先に加締め始めるのである。ここで、比較のために、２箇所の加締め部を同時に加締め始める場合の様子を図５に示し、本実施形態のように、２箇所の加締め部のうち開口端側を先に加締め始める場合の様子を図６に示す。なお、図５，図６では、リード線４８や接続部５２ａ，貫通孔６０ａなどの図示を省略した。図５では、２箇所の加締め部Ａ，Ｂを同時に加締め始めるから（図５（ａ））、自由状態にあるゴム栓６０に対して比較的大きな力が作用すると共に、加締め部Ａ，Ｂ間（内側）へのゴムの伸びが互いに反発し合うから（内側への伸びが拘束されるから）、ゴムが外側に伸びやすいことになる。即ち、加締め部Ａでは、ゴム栓６０が左方向に比較的大きく伸び、加締め部Ｂでは、ゴム栓６０が右方向（外筒４６から突出する方向）に比較的大きく伸びることになる。このため、外筒４６から突出するゴム栓６０の突出量ｔ０も比較的大きくなる（図５（ｂ））。そして、加締め加工が進行すると、さらにゴム栓６０の伸びが大きくなり、外筒４６からの突出量ｔも大きなものとなる（図５（ｃ））。なお、図示は省略したが、図中左方向にはコネクター５０があり、ゴム栓６０の左方向への伸びは右方向に比べて拘束されやすいものとなる。一方、図６では、２箇所の加締め部Ａ，Ｂのうち開口端側の加締め部Ｂから加締め始めるから（図６（ａ））、比較例に比べて、加締め開始時に、ゴム栓６０に作用する力が小さくなると共に、加締め部Ｂにおける左方向（内側）へのゴムの伸びが拘束されにくいものとなる。このため、比較例に比べて、外筒４６からのゴム栓６０の突出量ｔ０が小さくなる（図６（ｂ））。そして、加締め部Ａを加締め始めるときには、既に加締め部Ｂを加締め始めているから、加締め部Ｂのゴムが加締め部Ａの加締めによるゴム栓６０の伸びを拘束するように作用することになる。また、加締め部Ｂだけを先に加締め始めるから、加締め部Ｂでゴム栓６０の軸方向の位置決めをした状態で加締め部Ａを加締め始めることになる。このため、加締め加工が進行しても、ゴム栓６０の伸びを加締め部Ａ，Ｂ間の所定の間隔ＬＳの部分で吸収する形となり、比較例に比べて外筒４６からの突出量ｔを抑えることができる（図６（ｃ））。したがって、加締めによるゴム栓６０の位置ズレを抑えて、加締め後のゴム栓６０の位置を略同じ位置とすることができる。このように、加締め時の押し込み量は変えずに、ゴム栓６０の外筒４６からの突出量ｔを抑えるから、外筒４６内のゴム栓６０の内圧を高めることができる。このため、ゴム栓６０のシール性を長期的に維持することができる。また、加締め前後でゴム栓６０の位置が大きく変化することがない（位置ズレを抑えて略同じ位置とする）から、加締め時にリード線４８や接続部５２に掛かる軸方向の力（引っ張り力）を小さくして、リード線４８の断線や接続部５２の接続不良の発生を抑えることができる。加締め加工において、加締め部Ｂから加締め始めるようにしたのは、こうした理由による。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセンサー素子２０が本発明の「センサー素子」に相当し、コネクター５０が「コネクター」に相当し、外筒４６が「筒状体」に相当し、リード線４８が「リード線」に相当し、ゴム栓６０が「弾性体」に相当し、加締め部Ａが「第１の加締め部」に相当し、加締め部Ｂが「第２の加締め部」に相当する。

以上詳述した実施形態によれば、外筒４６とゴム栓６０とを、接続部５２ａ側の加締め部Ａと、加締め部Ａよりも外筒４６の開口端４６ａ側の加締め部Ｂとの２箇所で加締め、加締め部Ａにおける外筒４６の内径φＡが加締め部Ｂにおける外筒４６の内径φＢよりも大きなものとする。これにより、加締め部Ｂでは、加締め部Ａに比べてきつめに加締めることで、シール性を確保してリーク防止を図ることができ、加締め部Ａでは、加締め部Ｂに比べて緩めに加締めることで、接続部５２ａの接続不良などを防止することができる。また、加締め部Ｂでは、加締め率を８％〜１４％の範囲内とすることで、確実なシール性を確保することができる。さらに、加締め部Ａでは、内径φＡを内径φＢに対して１％〜５％大きな径に定めることで、加締め部Ｂよりも緩めの加締めとしつつシール性が著しく損なわれるのを防止することができる。そして、ゴム栓６０には、充填材を添加するから、ゴム栓６０の内圧を高めて、シール性を長期的に維持することができる。これらのことから、シール性と電気的な接続性とをより良好なものとすることができる。

また、詳述した実施形態によれば、加締め加工において、２箇所の加締め部Ａ，Ｂのうち、加締め部Ｂを加締め部Ａよりも先に加締め始めるから、加締め部Ａ，Ｂを同時に加締め始めるものに比べて、加締め前の自由な状態にあるゴム栓６０に一度に大きな力が作用するのを抑えると共に、加締め部Ｂの部分のゴム栓６０を位置決めした状態で加締め部Ａを加締め始めることができる。このため、ゴム栓６０の位置が大きく変化するのを防止すると共にゴム栓６０が外筒４６から突出するのを抑えることができるから、リード線４８の断線や接続部５２の接続不良の発生を抑えることができると共にゴム栓６０の内圧を高めてシール性を長期的に維持することができる。また、加締め部Ａ，Ｂの間における所定の間隔ＬＳの部分でゴム栓６０の伸びを吸収することができるから、ゴム栓６０の内圧をより高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実現し得ることはいうまでもない。

上述した実施形態では、加締め部Ａは接続部５２ａに対応する箇所として加締め幅ＬＡが接続部５２ａの幅内に収まるものとしたが、これに限られず、加締め部Ａの加締め幅ＬＡ内に接続部５２ａの幅が収まるものでもよいし、加締め部Ａの加締め幅ＬＡと接続部５２ａの幅との一部が部分的に重複するものでもよい。

上述した実施形態では、加締め部Ａと加締め部Ｂとの２箇所で加締めるものとしたが、これに限られず、３箇所以上で加締めるものとしてもよい。３箇所以上で加締めた場合も、接続部５２ａに対応する箇所である加締め部Ａの内径φＡが、加締め部Ａ以外の加締め部における内径よりも大きなものとすればよい。また、３箇所以上を加締める加締め工程では、加締め部Ａ以外の加締め部から先に加締め始めるものとすればよい。

上述した実施形態では、加締め部Ａにおける外筒４６の内径φＡが加締め部Ｂにおける外筒４６の内径φＢよりも大きな径としたが、これに限られず、内径φＡ，φＢを同じ径としてもよいし、内径φＡが内径φＢよりも小さなものとしてもよい。ただし、上述したように、シール性と電気的な接続性とをより良好なものとするためには、本実施形態のように内径φＡが内径φＢよりも大きなものが好ましい。

上述した実施形態では、加締め加工において加締め部Ｂを加締めている途中で加締め部Ａを加締め始めるものとしたが、これに限られず、加締め部Ｂを加締め終わってから加締め部Ａを加締め始めるものとしてもよい。

上述した実施形態では、ゴム栓６０をフッ素ゴム製の部材としたが、これに限られず、外筒４６の開口端４６ａを封止する弾性体であれば耐熱性樹脂などの他の素材で形成してもよい。

上述した実施形態では、ゴム栓６０に充填剤を添加するものとしたが、これに限られず、添加しないものとしてもよい。

上述した実施形態では、加締め部Ａ，部Ｂを共通の加締め治具１０２で加締めるものとしたが、これに限られず、それぞれ別々の加締め治具で加締めるものとしてもよい。

上述した実施形態では、加締め治具１０２の突起１０２ａの高さｈａと突起１０２ｂの高さｈｂとが異なるものとしたが、これに限られず、突起１０２ａの高さｈａと突起１０２ｂの高さｈｂとを同じ高さとして加締め治具の押し込み量を異ならせるものとしてもよい。

上述した実施形態では、加締め部Ａ，Ｂの間に所定の間隔ＬＳがあるものとしたが、これに限られず、加締め部Ａ，部Ｂの間に間隔がなく段差状に連続するものとしてもよい。

上述した実施形態では、加締め部Ａ，Ｂの加締め幅ＬＡ，ＬＢを同じ幅としたが、これに限られず、異なる幅であってもよい。例えば、加締め部Ｂの幅ＬＢを、加締め部Ａの幅ＬＡよりも大きくしてもよい。このようにすれば、加締め部Ｂでは、加締め幅ＬＢを大きくすることによって、さらなるシール性を確保してリークをさらに防止することができ、加締め部Ａでは、加締め幅ＬＡを小さくすることによって、接続部５２ａに過大な力が作用するのをさらに抑えることができる。

［予備試験］
図１に示したガスセンサー１０を製造するにあたり、まず、予備試験として、加締め後の外筒４６の基準内径としての内径φＢの加締め率の範囲を決定する試験を行った。この予備試験では、１箇所の加締め部で１段の加締め加工を行ったガスセンサーと、２箇所の加締め部で２段の加締め加工を行ったガスセンサーとを用意した。なお、この予備試験において、２段の加締め加工を行ったものは、上述した実施形態とは異なり、いずれも同じ内径に加締めた。そして、１段の加締め加工を施したガスセンサーと２段の加締め加工を施したガスセンサーとを各７本用意し、それぞれ、加締め前の内径φ１１．８ｍｍが、加締め後にφ１１．０ｍｍ（約７％），φ１０．８ｍｍ（約８％），φ１０．６ｍｍ（約１０％），φ１０．４ｍｍ（約１２％），φ１０．２ｍｍ（約１４％），φ１０．０ｍｍ（約１５％），φ９．８ｍｍ（約１７％）となるように加締め加工を行った（（）内は加締め率を示す）。なお、ゴム栓６０の加締め前の外径はφ１１．０ｍｍとする。この予備試験では、まず、用意した各ガスセンサーを、自動車の排ガス管と同様のガス管に取り付けた。そして、表１の加熱条件に示すように、ガスバーナーを用いて約８５０℃のガスをガス管内に導入してゴム栓６０を約２５０℃の高温下に晒す加熱試験を、連続１００時間にわたって行った。加熱試験が終了すると、リード線４８側から静圧０．１ＭＰａの空気圧をかけて空気の漏れの有無を調べるリーク試験を行い、続いて、ガスセンサーからゴム栓６０を取り出して亀裂の有無を調べることで、ゴム栓６０の耐久性を評価した。

予備試験の結果を表２に示す。リーク試験では、１段の加締め加工を施したガスセンサーで、内径φＢがφ１１．０〜φ１０．６ｍｍのものにリークが発生し、φ１０．４〜φ９．８ｍｍのものにはリークが発生しなかった。なお、「○」は、リークがなかったことを示し、「×」は、実用上問題となるリークが発生したことを示す。また、２段の加締め加工を施したガスセンサーで、内径φＢがφ１１．０ｍｍのものにリークが発生し、それ以外のφ１０．８〜φ９．８ｍｍのものにはリークが発生しなかった。また、耐久性の評価では、１段の加締め加工を施したガスセンサーと２段の加締め加工を施したガスセンサーのいずれも、内径φＢがφ１１．０〜φ１０．２ｍｍのものに亀裂が発生しておらず（「○」で表示）、耐久性は良好であった。一方で、φ１０．０ｍｍ，φ９．８ｍｍのものに亀裂が発生しており（「×」で表示）、耐久性はよくなかった。

この予備試験の結果から、次のことがいえる。まず、リークを防止しつつ耐久性をもたせることができる基準内径（内径φＢ）の範囲は、φ１０．８〜φ１０．２ｍｍの範囲、即ち、加締め率が８％〜１４％の範囲が好ましい。また、上述した実施形態では、内径φＡを内径φＢよりも大きくすることから、内径φＢの１段だけでリーク防止効果が高いものが求められる。このため、内径φＢの範囲としては、φ１０．４〜φ１０．２ｍｍの範囲、即ち、加締め率が１２％〜１４％の範囲がより好ましい。

［評価試験１］
予備試験で定めた基準内径としての内径φＢに対し、内径差異率が０％（同径）の内径φＡを定めた比較例のガスセンサーと、所定範囲の内径差異率で内径φＡを定めた実施例のガスセンサーとを用意して、評価試験１を行った。上述した予備試験では、φ１０．８〜φ１０．２ｍｍの範囲を内径φＢの好ましい範囲としたから、そのうちのφ１０．８ｍｍ，φ１０．４ｍｍ，φ１０．２ｍｍの３種類を内径φＢの値に採用した。また、実施例の内径差異率は、０．１％〜７％の範囲で、０．１％，０．５％，１％，２％，３％，４％，５％，６％，７％とした。評価試験１では、まず、予備試験と同様に加熱試験を行い、加熱試験が終了すると、上述したリーク試験を行い、続いて、ゴム栓６０の全長の伸びΔＬを調べた。なお、ゴム栓６０の突出量ｔと同様に、全長の伸びΔＬが大きくなるにつれてリード線４８に作用する引っ張り力が大きくなり、接続不良や断線などが生じやすくなって電気的な接続性が低下することがある。また、ゴム栓６０の伸びΔＬが大きくなると、ゴム栓６０の内圧が下がるためにシール性が低下することにもなる。ここでは、加締め前の初期状態で外径がφ１１．０ｍｍで全長Ｌが１４．５ｍｍのゴム栓６０において、伸びΔＬが２．５ｍｍ以上になると、電気的な接続性やシール性に影響を及ぼすことがあり、伸びΔＬが３．０ｍｍ以上になると、その影響が顕著となることを経験的に把握している。このため、伸びΔＬが、２．５ｍｍまでは「○」とし、２．５ｍｍ以上で３．０ｍｍ未満までは「△」とし、３．０ｍｍ以上は「×」として評価した。なお、ガスセンサー１０の製造時では、ゴム栓６０の外筒４６からの突出量ｔは、１ｍｍ程度が好ましく、１ｍｍを中心として上下に０．５ｍｍの範囲（下限０．５ｍｍ〜上限１．５ｍｍの範囲）を狙いとしている。

まず、内径φＢがφ１０．８ｍｍの場合における、実験例１〜１０の結果を表３に示す。なお、実験例１が比較例に相当し、実験例２〜１０が実施例に相当する。リーク試験では、実験例１〜８（内径差異率が０％，０．１％〜５％）でリークが発生せずに「○」となり、実験例９，１０（内径差異率が６％，７％）で若干のリークが発生して「△」となった。なお、リーク試験結果の「○」は、上述したようにリークがなかったことを示し、「△」は、若干のリークがあったものの実用上大きな問題とならないことを示す。また、ゴム栓６０の全長の伸びΔＬは、実験例１（内径差異率が０％）が２．５ｍｍで「△」となり、実験例２〜１０（内径差異率が０．１％〜７％）が２．５ｍｍ未満で「○」となった。このため、内径φＢがφ１０．８ｍｍの場合の総合評価としては、実験例２〜８（内径差異率が０．１％〜５％）が「◎」となり、実験例１，９，１０が「○」となった。なお、総合評価は、リーク試験と全長伸びΔＬとがいずれも「○」であれば「◎」とし、リーク試験と全長伸びΔＬとのうち一方が「○」で他方が「△」であれば「○」とし、リーク試験と全長伸びΔＬとのうちいずれか一方が「×」であれば「×」とした。

次に、内径φＢがφ１０．４ｍｍの場合における、実験例１１〜２０の結果を表４に示す。なお、実験例１１が比較例に相当し、実験例１２〜２０が実施例に相当する。リーク試験では、実験例１１〜１９（内径差異率が０％，０．１％〜６％）でリークが発生せずに「○」となり、実験例２０（内径差異率が７％）で若干のリークが発生して「△」となった。また、ゴム栓６０の全長の伸びΔＬは、実験例１１（内径差異率が０％）が３．５ｍｍで「×」となり、実験例１２（内径差異率が０．１％）が２．５ｍｍで「△」となり、実験例１３〜２０（内径差異率が０．５％〜７％）が２．５ｍｍ未満で「○」となった。このため、内径φＢがφ１０．４ｍｍの場合の総合評価としては、実験例１３〜１９（内径差異率が０．５％〜６％）が「◎」となり、実験例１２，２０（内径差異率が０．１％，７％）が「○」となり、実験例１１（内径差異率が０％）が「×」となった。

続いて、内径φＢがφ１０．２ｍｍの場合における、実験例２１〜３０の結果を表５に示す。なお、実験例２１が比較例に相当し、実験例２２〜３０が実施例に相当する。リーク試験では、すべての実験例２１〜３０（内径差異率が０％，０．１％〜７％）でリークが発生せずに「○」となった。また、ゴム栓６０の全長の伸びΔＬは、実験例２１（内径差異率が０％）が４．０ｍｍで「×」となり、実験例２２，２３（内径差異率が０．１％，０．５％）が２．５ｍｍ以上３．０ｍｍ未満で「△」となり、実験例２４〜３０（内径差異率が１％〜７％）が２．５ｍｍ未満で「○」となった。このため、内径φＢがφ１０．２ｍｍの場合の総合評価としては、実験例２４〜３０（内径差異率が１％〜７％）が「◎」となり、実験例２２，２３（内径差異率が０．１％，０．５％）が「○」となり、実験例２１（内径差異率が０％）が「×」となった。

これらの評価試験１の結果から、次のことがいえる。内径差異率を０％とした比較例（実験例１，１１，２１）では、内径φＢがφ１０．８ｍｍの場合は「○」となったが、内径φＢがφ１０．４ｍｍ，φ１０．２ｍｍの場合は、ゴム栓６０の全長伸びΔＬが大きくなって、「×」となった。このため、内径率差異を０％とすると、比較的高い確率で、電気的な接続に悪影響を及ぼすことが考えられる。一方で、内径差異率を０．１％〜７％とした実施例（実験例２〜１０，１２〜２０，２２〜３０）では、すべて「○」か「◎」となった。このため、実施例では、リーク防止と電気的接続性の低下防止とを良好なものとすることができる。特に、内径差異率を１％〜５％とした実施例（実験例４〜８，１４〜１８，２４〜２８）では、すべて「◎」となった。即ち、内径差異率が１％〜５％のものでは、内径φＢの値に拘わらず、リーク防止と電気的接続性の低下防止とをさらに良好なものとすることができる。

以上の予備試験や評価試験１の結果から、内径φＢは加締め率が８％〜１４％の範囲（φ１０．８〜φ１０．２ｍｍの範囲）が好ましく、加締め率が１２％〜１４％の範囲（φ１０．４〜φ１０．２ｍｍの範囲）がより好ましいものといえる。また、内径φＡと内径φＢとの差異を内径φＢで除した内径差異率は、１％〜５％の範囲がより好ましい。このため、実施例の加締め部の寸法の一例として、内径φＢをφ１０．４〜φ１０．２ｍｍの範囲のうちφ１０．４ｍｍとし、内径差異率を１％〜５％の範囲のうち２％とすることが考えられる。即ち、内径φＢをφ１０．４ｍｍとし、その内径φ１０．４ｍｍに対し内径差異率を２％として内径φＡをφ１０．６ｍｍとした。さらに、加締め幅ＬＡ，ＬＢをそれぞれ２．５ｍｍとし、加締め間隔ＬＳを３．５ｍｍとした。

［評価試験２］
このようにして加締め部の各寸法を定めたガスセンサー１０を、上述した実施形態の加締め部Ｂを加締め部Ａよりも先に加締め始める製造方法により３０個製造し、ゴム栓６０の突出量ｔを測定した。表６に、その測定結果を示す。突出量ｔは、最大で１．１９ｍｍ、最小で０．８４ｍｍ、平均では１．０４ｍｍであった。いずれも上述した狙い値である１．０±０．５ｍｍの範囲内に入っていた。この結果は、加締め部Ａ，Ｂを同時に加締め始めるものよりも、良好な結果となった。このため、上述した実施形態の製造方法により製造したガスセンサー１０では、リーク防止の効果と電気的接続性の低下防止の効果がより高いものとなる。

１０ガスセンサー、２０センサー素子、３０保護カバー、３１内側保護カバー、３１ａ内側保護カバー孔、３２外側保護カバー、３２ａ外側保護カバー孔、４０センサー組立体、４１主体金具、４１ａ雄ネジ部、４２内筒、４３ａ〜４３ｃセラミックスサポーター、４４ａ，４４ｂセラミックス粉体、４５メタルリング、４６外筒、４６ａ開口端、４８リード線、５０コネクター、５１ハウジング、５２接触金具、５２ａ接続部、６０ゴム栓、６０ａ貫通孔、１０２加締め治具、１０２ａ，１０２ｂ突起、１０４押圧治具

Claims

被測定ガスのガス濃度を検出可能なセンサー素子と、前記センサー素子と電気的に導通するコネクターと、前記センサー素子と前記コネクターとが内部に配置され開口端が形成された筒状体と、前記コネクターに接続され前記筒状体の開口端から外方に延びるリード線と、前記開口端を封止するよう前記筒状体内に配置され内部に前記コネクターと前記リード線との接続部が配置されると共に該リード線が挿通される弾性体と、を備えるガスセンサーの製造方法であって、
前記筒状体と前記弾性体とを、前記接続部側の加締め部と、該接続部側の加締め部よりも開口端側の加締め部とを含む複数箇所で縮径状に加締める加締め加工を含み、
前記加締め加工では、前記複数箇所のうち、前記接続部側の加締め部以外の加締め部を先に加締め始める
ガスセンサーの製造方法。
前記加締め加工では、前記複数の加締め部として、前記接続部側の第１の加締め部と、前記開口端側の第２の加締め部との２箇所を加締め、該２箇所のうち、前記第２の加締め部を前記第１の加締め部よりも先に加締め始める
請求項１に記載のガスセンサーの製造方法。
前記加締め加工では、前記第１の加締め部における前記筒状体の内径が、前記第２の加締め部における前記筒状体の内径よりも大きくなるよう加締める
請求項２に記載のガスセンサーの製造方法。
前記加締め加工では、前記筒状体の軸方向において前記第１の加締め部と前記第２の加締め部との間に所定の間隔をもって加締める
請求項２または３に記載のガスセンサーの製造方法。