JP3756005B2 - 酸素センサ及び酸素センサの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば内燃機関の排気ガスなど、被測定ガス中の酸素を検出するための酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなヒータ付き酸素センサの一形態として、先端部が閉じた中空軸状をなし、それの内壁面に電極層を有する酸素検出素子を備えたものが知られている。このようなタイプのセンサは、酸素検出素子の中空部内に軸状のヒータが配置され、例えばエンジン始動直後など排気ガス温度が低いときに、固体電解質で構成された酸素検出素子をそのヒータで加熱・活性化させるようにしている。そして、その酸素検出素子からのセンサ出力は、素子の内外面に形成された電極層を介してリード線により取り出される。
【０００３】
ところで、近年は自動車産業の隆盛に伴い酸素センサに対する需要も増え、かつ価格低下に対する要望も年々強まりつつある。酸素センサは、自動車用電装部品の中でも部品点数が多く、組立工程の簡略化を如何にして図るかが製造コスト削減の重要な鍵を握っている。そのためには、組立工程の自動化など生産設備側の技術改良も必要であるが、工数削減に有利なセンサ構造を工夫することも重要である。
【０００４】
例えば、上記タイプの酸素センサにおいては、中空の酸素検出素子の内面に形成される内部電極層からの出力を、素子の中空部に嵌入される筒状の接続金具を介してリード線により取り出すようにしている。リード線は、接続金具の後方に配置されたセラミックセパレータを貫いて、ケーシング末端から外部に引き出される。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】
ところで、一般の多くの酸素センサにおいては、酸素検出素子を収容するケーシングの後端側（検出部と反対側）に、基準ガスとしての大気をケーシング内に導入するための気通部を有したカバー部材が組み付けられる。リード線は、カバー部材の後端開口部に嵌め込まれたシール用のゴムグロメットを貫いて引き出される。また、接続金具の端部に一端がつながる形で一体形成された引出し線部をセラミックセパレータ内に導き、コネクタを介してその引出し線部にリード線を接続するようにしている。
【０００６】
ここで、カバー部材の内側にセラミックセパレータと接続金具とを予め組み付けておき、酸素検出素子が配置されたケーシングに後方側からカバー部材を差し込みつつ、検出素子の中空部への接続金具の押込・装着を同時に行う（すなわち、セパレータと接続金具とを一体化した形で検出素子に組み付ける）ことができれば、工数削減上有利である。しかしながら、従来の酸素センサでは接続金具は、長く延びる引出し線部により、セラミックセパレータの端面からかなり離れた位置において、いわばぶら下げられる形で組み付けられている。そのため、カバー部材とともにセラミックセパレータを酸素検出素子に対し接近させ、接続金具の素子の中空部内への嵌め込みを行おうとすると、細い引出し線部がセラミックセパレータと接続金具との間で挫屈して嵌め込みがうまく行えないばかりでなく、引出し線部の破断等のトラブルも引き起こしかねない。
【０００７】
そのため、従来は、まず手作業により接続金具の酸素検出素子への嵌め込みを行い、セラミックセパレータを酸素検出素子の後方側にて指等で保持しながらカバー部材をその外側に静かに被せ、その後、カバー部材をケーシングに対し加締めや溶接等により接合して組み付けていた。しかしこれでは、接続金具の取付けを挟む前後の一連の工程が手作業中心にならざるを得ず、工数も増えるので能率の低下が甚しかった。
【０００８】
本発明の課題は、セラミックセパレータと接続金具との酸素検出素子に対する一体組付けを容易に行うことができ、ひいては高能率な製造が可能な構造を有する酸素センサと、その構造を利用した酸素センサの製造方法とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の酸素センサは、
先端部が閉じた中空軸状をなし、その中空部の内外面に電極層を有する酸素検出素子と、
その酸素検出素子を収容するケーシングと、
そのケーシング内において酸素検出素子の後方側に配置され、該酸素検出素子の内面に形成された内部電極層と、同じく外面に形成された外部電極層とのそれぞれに電気的に導通するリード線を挿通するための複数のリード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミックセパレータとを備え、
酸素検出素子の中空部の開口端部内側には、内部電極層に導通する筒状の内部電極接続金具が挿入されるとともに、その内部電極接続金具の後端縁をセラミックセパレータの前端面に当接配置し、
酸素検出素子の中空部には軸状の発熱体が挿入され、
セラミックセパレータは、リード線挿通孔が、該セラミックセパレータの中心軸線を取り囲む形態で複数形成され、
また、セラミックセパレータの軸線方向前端側には、内径が発熱体の外径よりも大きく設定されてセラミックセパレータの前端面に開口し、底面がセラミックセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、発熱体の後端部を収容する発熱体端部収容孔が、各リード線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるように、該セラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成されており、
内部電極接続金具の後端は、セラミックセパレータの発熱体端部収容孔の開口側の端面において、隣接するリード線挿通孔の間に形成される隔壁部の端面に当接してなり、
筒状の内部電極接続金具には、その後端周縁から外向きに突出する形態でセパレータ受け部が形成されており、セラミックセパレータの隔壁部の端面は、そのセパレータ受け部に当接していることを特徴とする。
【００１０】
この構造の採用により、以下の本発明の酸素センサの製造方法が実現される。すなわち、酸素検出素子の中空部開口側に内部電極接続金具を位置決めし、その状態でセラミックセパレータの前端面に該内部電極接続金具の後端縁を当接させつつセラミックセパレータと酸素検出素子とを軸線方向において相対的に接近させることにより、酸素検出素子の中空部に内部電極接続金具を嵌入させてこれを組み付ける。
【００１１】
これによれば、セラミックセパレータの前端面に内部電極接続金具の後端縁を当接させているので、接続金具を検出素子に対し軸線方向に相対接近させてその外側に嵌め込む際に、例えば外部電極接続金具からリード線側に引出し線部が延びている場合にもその挫屈等が起こらない。その結果、セパレータを一体化した形での、酸素検出素子に対する内部電極接続金具の組付けを支障なく行うことができる。
【００１２】
例えば、酸素検出素子を覆うケーシングの後端側にカバー部材を組み付ける場合、カバー部材の内側にセラミックセパレータと内部電極接続金具とを予め組み付けておき、酸素検出素子が配置されたケーシングに後方側からカバー部材を差し込みつつ、内部電極接続金具の検出素子の中空部への押込を同時に行う工程を問題なく行うことができる。このように、上記本発明の酸素センサの構造及び製造方法の採用により、酸素センサの大幅な組立工数の削減を図ることができ、ひいては酸素センサの製造能率の向上とコストダウンとが実現する。
【００１３】
なお、上記酸素センサは、ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィルタ保持部と、その第一フィルタ保持部の内側又は外側に設けられ、ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、それら第一及び第二フィルタ保持部の間において第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備え、第一フィルタ保持部が、ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結されるものとして構成できる。この場合、本発明の製造方法を以下のようにして実施できる。まず、ケーシングに組付ける前の状態で、第一フィルタ保持部の外側にフィルタ及び第二フィルタ保持部をこの順序で配置し、その状態で加締め部を形成することにより、第二フィルタ保持部及びフィルタを第一フィルタ保持部に組み付けてフィルタアセンブリとなす。そして、セラミックセパレータと内部電極接続金具とを予め組み付けておき、そのフィルタアセンブリの第一フィルタ保持部の内側に、ケーシングの後端部を該フィルタアセンブリの組付けのために挿入するとともに、その挿入に際して、内部電極接続金具の酸素検出素子の中空部への嵌入・組付けを同時に行うようにする。
【００１４】
上記のセンサ構成の要旨は、フィルタを含む気通構造部をフィルタアセンブリとしてケーシングとは独立に構成し、これをケーシングに連結・一体化した構成を有する点にある。これにより、その製法上、次のような効果が達成される。
▲１▼フィルタアセンブリの組立てを、酸素検出素子などのケーシング内への組付けとは独立に行うことができるので、例えば検出素子のリード線が邪魔になったりせず、組立作業を極めて能率的に行うことができる。
▲２▼ケーシング内への部品の組付けと、フィルタアセンブリの組立てとを並行して行えるので、生産性が飛躍的に向上する。また、フィルタの組付け不良などが生じても、フィルタアセンブリの段階で不良が発見できれば、センサ完成品に該不良の影響は及ばず、部品等の無駄等が生じにくい。
▲３▼フィルタアセンブリのケーシングへの組付けと同時に、内部電極接続金具の酸素検出素子の中空部への篏入・組付けも同時に完了するので、極めて能率的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
図１は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である酸素検出素子２と、発熱体３とを備える。酸素検出素子２は、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質により中空に形成されている。また、この酸素検出素子２の外側には金属製のケーシング１０が設けられている。
【００１６】
ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された主筒１４、該主筒１４とは反対側から主体金具９に取り付けられたプロテクタ１１等を備える。図２に示すように、酸素検出素子２の外面及び中空部２ａの内面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成された外部電極層２ｂと内部電極層２ｃとが設けられている。
【００１７】
図１に戻り主体金具９の後方側の開口部には、前述の主筒１４が絶縁体６との間にリング１５を介して加締められ、この主筒１４に筒状のフィルタアセンブリ１６（カバー部材）が外側から嵌合・固定されている。このフィルタアセンブリ１６の後端側開口部はゴム等で構成されたグロメット１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグロメット１７を貫通するように、酸素検出素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（図示していない）が配置されている。
【００１８】
次に、図４に示すように、セラミックセパレータ１８には、各リード線２０，２１を挿通するための複数のセパレータ側リード線挿通孔７２が軸方向に貫通して形成されており、その軸方向中間位置には、外周面から突出する形態でフランジ状のセパレータ側支持部７３が形成されている。そして、図３に示すように、該セラミックセパレータ１８は、セパレータ側支持部７３よりも前方側に位置する部分を主筒１４の後端部内側に入り込ませた状態で、該セパレータ側支持部７３において主筒１４の後端面に当接するとともに、セパレータ側支持部７３よりも後方側に位置する部分を主筒１４の外側に突出させた状態で配置される。
【００１９】
図１に戻り、酸素検出素子２用の一方のリード線２０は、互いに一体に形成されたコネクタ２３ａ、引出し線部２３ｂ金具本体２３ａ及び発熱体把持部２３ｄからなる内部電極接続金具２３を経て前述の酸素検出素子２の内部電極層（以下、内部電極層という）２ｃ（図２）と電気的に接続されている。一方、他方のリード線２１は、互いに一体に形成されたコネクタ３３ａ、引出し線部３３ｂ及び金具本体部３３ｃとを有する外部電極接続金具３３を経て、酸素検出素子２の外部電極層（以下、外部電極層という）２ｂ（図２）と電気的に接続されている。酸素検出素子２は、その内側に配置された発熱体３で加熱することで活性化される。発熱体３は棒状のセラミックヒータであり、抵抗発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２（図２）がリード線１９，２２（図１）を経て通電されることにより、酸素検出素子２の先端部（検出部）を加熱する。
【００２０】
図７に示すように、外部電極接続金具３３は、筒状の金具本体部３３ｃを有するとともに、前記した引出し線部３３ｂの一端が周方向の１ケ所に接続する形で一体化されている。他方、その中心軸線を挟んで引出し線部３３ｂの接続点と反対側には、軸線方向のスリット３３ｅが形成されている。このような金具本体部３３ｃの内側に、酸素検出素子２の後端部がこれを弾性的に押し広げる形で内側から挿入されている。具体的には、酸素検出素子２の外周面後端部には外部側出力取出部としての導電層２ｆが、周方向に沿って帯状に形成されている。外部電極層２ｂは、例えば無電解メッキ等により、酸素検出素子２の係合フランジ部２ｓよりも前端側の要部全面を覆うものとされている。他方、導電層２ｆは、例えば金属ペーストを用いたパターン形成・焼き付けにより形成されるもので、同様に形成される軸線方向の接続パターン層２ｄを介して外部電極層２ｂと電気的に接続されている。
【００２１】
一方、内部電極接続金具２３は、発熱体３の先端側に形成された発熱体把持部２３ｄにおいて発熱体２３を把持するとともに、金具本体２３ｃにより酸素検出素子２の内面にこれを固定する役割を果たす。発熱体把持部２３ｄは、発熱体３の周囲を包囲するＣ字状の横断面形状を有している。そして、発熱体３を未挿入の状態では該発熱体３の外径よりは少し小さい内径を有し、発熱体３の挿入にともない弾性的に拡径してその摩擦力により該発熱体３を把持する。
【００２２】
また、金具本体２３ｃは、左右両側の縁に鋸刃状の接触部２３ｅがそれぞれ複数形成された板状部分を円筒状に曲げ加工することにより、発熱体３を包囲する形態で形成されている（すなわち、発熱体３が挿通される）。そして、図２に示すように、その外周面と酸素検出素子２の中空部２ａの内壁面との間の摩擦力によって発熱体３を該中空部２ａに対し軸線方向に位置決めする役割を果たすとともに、上記複数の接触部２６ａの各先端部において内部電極層２ｃと接触・導通するようになっている。
【００２３】
次に、図３に示すように、フィルタアセンブリ１６は、主筒１４（ケーシング１０）に対し後方外側からほぼ同軸的に連結される筒状形態をなすとともに、内部が主筒１４の外部と連通し、かつ壁部に複数の気体導入孔５２が形成された第一フィルタ保持部５１を備える。そして、その第一フィルタ保持部５１の外側には、上記気体導入孔５２を塞ぐ筒状のフィルタ５３が配置され、さらに、そのフィルタ５３の外側には、壁部に１ないし複数の気体導入孔５５が形成されるとともに、フィルタ５３を第一フィルタ保持部５１との間で挟み付けて保持する第二フィルタ保持部５４が配置される。
【００２４】
図６は、フィルタアセンブリ１６の組立状態を示している。気体導入孔５２及び気体導入孔５５は、第一フィルタ保持部５１及び第二フィルタ保持部５４に対し、各軸方向中間部において互いに対応する位置関係で周方向に沿って所定の間隔で形成されており、フィルタ５３は、第一フィルタ保持部５１を周方向に取り囲むように配置されている。なお、フィルタ５３は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体（商品名：例えばゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））等による撥水性フィルタとして構成されている。
【００２５】
また、第二フィルタ保持部５４には、補助気体導入孔５５の列を挟んでその軸方向両側に、フィルタ５３を介して該第二フィルタ保持部５４を第一フィルタ保持部５１に対して結合する環状のフィルタ加締め部５６，５７（以下、単に加締め部５６，５７ともいう）が形成されており、第一フィルタ保持部５１の外面とフィルタ５３との間には隙間５８が形成されている。他方、第一フィルタ保持部５１は、自身の軸方向中間部に形成された段付き部６０により、該段付き部６０に関して軸方向前方側を第一部分６１、同じく軸方向後方側を第二部分６２として、該第二部分６２が第一部分６１よりも径小となるように構成されており、気体導入孔５２はその第二部分６２の壁部に形成されている。さらに、第二フィルタ保持部５４は第一フィルタ保持部５１の第一部分６１の外径よりも小さい内径を有する。
【００２６】
図３に戻り、第一フィルタ保持部５１は、セラミックセパレータ１８の突出部分を第二部分６２の内側まで進入させてこれを覆うとともに、段付き部６０においてセパレータ側支持部７３に対し、主筒１４とは反対側から金属弾性部材７４（例えば、リング状の波形座金にて構成される）を介して当接するように配置される。他方、該第一フィルタ保持部５１の先端側、すなわち第一部分６１において主筒１４（ケーシング１０）に対し外側からこれに重なりを生じるように配置され、その重なり部には、第一フィルタ保持部５１を主筒１４に対し気密状態となるように連結するケーシング加締め部７６が形成されている。
【００２７】
第二フィルタ保持部５４の外側には、筒状の防護カバー６４がこれを覆うように設けられている。この防護カバー６４は、第二フィルタ保存部５４との間に気体滞留空間６５を生じるように配置され、第一フィルタ保持部５１に対し、加締め部６６，６７により接合されている。なお、図６に示すように、第一フィルタ保持部５１の第一部分６１の外周面には、上記防護カバー内への気体導入部となる溝部６９が周方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。
【００２８】
図３に戻り、セラミックセパレータ１８はセパレータ側支持部よりも前方側が主筒１４（ケーシング１０）の内側に入り込むように配置され、各リード線２０，２１等がセパレータ側リード線挿通孔７２において軸方向に挿通される。一方、グロメット１７は、第一フィルタ保持部５１の後方側開口部に対しその内側に弾性的にはめ込まれ、各リード線２０，２１等を挿通するためのシール側リード線挿通孔９１を有するとともに、それらリード線２０，２１等の外面と第一フィルタ保持部５１の内面との間をシールする。
【００２９】
セラミックセパレータ１８の後端面は、軸方向において気体導入孔５２よりも後方側に位置するとともに、グロメット１７とセラミックセパレータ１８との間には所定量の隙間９８が形成されている。また、第一フィルタ保持部５１の内周面とセラミックセパレータ１８の外周面との間にも隙間９２が形成されている。そして、気体導入孔５２からの気体は該隙間９２内に供給され、さらにセパレータ側リード線挿通孔７２とリード線との間に形成された隙間Ｋを通ってケーシング１０内に導かれる。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８には、４つのリード線挿通孔７２が、該セラミックセパレータ１８の中心軸線Ｏを中心とするピッチ円Ｃに沿って略９０°間隔で形成されている。また、同図（ｃ）及び（ｄ）に示すように、セラミックセパレータ１８の軸線方向前端側（図面では下端側）には、発熱体端部収容孔１８ａが軸線方向に形成されている。発熱体端部収容孔１８ａは、内径が発熱体３の外径よりも大きく設定されてセラミックセパレータ１８の前端面に開口し、底面１８ｅがセラミックセパレータ１８の軸方向中間部に位置し、ここに発熱体３の後端部を収容する形となっている。これにより、センサ１の全長がが短くなり、センサ寸法のコンパクト化が実現されている。また、発熱体端部収容孔１８ａは、各リード線挿通孔７２に対し内側から重なりを生ずるように、セラミックセパレータ１８の中央部を切り欠いた形態で形成されている。また、隣接するリード線挿通孔７２，７２の間には、隔壁部１８ｂが形成されている。
【００３１】
そして、図５（ｅ）及び図９に示すように、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃの後端縁は、セラミックセパレータ１８の発熱体端部収容孔１８ａの開口側の端面において、上記隔壁部１８ｂの端面に当接している。また、内部電極接続金具２３の金具本体部２３ｃの後端縁は、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃよりも内側にて、上記隔壁部１８ｂの端面に当接している。
【００３２】
図５（ｄ）に示すように、発熱体３の後端部と、発熱体端部収容孔１８ａの内面との間には一定量の隙間ｈｇが形成されるとともに、図１に示すように、発熱体３は酸素検出素子２の中空部２ａ内に傾けて配置されている。この傾斜配置状態は、内部電極接続金具２３において、発熱体把持部２３ｄと金具本体部２３ｃとのくびれ形態の接続部２３ｍを少し曲げて発熱体把持部２３ｄを傾斜させることにより実現されている。これにより、図２に示すように、発熱体３は、その先端部に形成された発熱部４２の近傍において、該発熱体３の中心軸線Ｏ1が酸素検出素子２の中空部２ａの中心軸線Ｏ2に対して片側に寄る形で偏心し、発熱部４２が発熱体３の内壁面に近づく形となっている（この実施例では、発熱部４２が発熱体３の内壁面に対し、いわば横当り形態で当接している）。
【００３３】
このような構造を採用することで、発熱部４２で発生する熱の酸素検出素子２への熱伝達が促進され、例えば発熱部４２が発熱体３の内壁面に当接する場合には、その接触点近傍の輻射熱も酸素検出素子２に効果的に作用して、酸素検出素子２を短時間で昇温させることができ、センサ活性化時間が短縮される。また発熱部４２や酸素検出素子２の熱膨張が生じても、発熱部４２の先端を酸素検出素子２の先端内面に当てる構造に比べて、その熱膨張の影響を受けにくい。言い換えれば、そのような横当て構造をとることにより、発熱体３や酸素検出素子４２が熱履歴を受けても、両者の接触状態を良好に保ち易くなる。また、酸素センサ１の特性のばらつきも減少できる。
【００３４】
なお、発熱体３の傾斜により、発熱部４２側すなわち先端側が、酸素検出素子２の中空部の中心軸線に対し偏心するということは、図５（ｄ）にやや誇張して描いているように、発熱体３の後端部が発熱体端部収容孔１８ａ内において、これと逆向きに偏心することを意味する。従って、前記した隙間ｈｇは、発熱体３の後端部の偏心を吸収する役割を果たしているということができる。このような隙間ｈｇを過不足なく確保することで、発熱体３を酸素検出素子２内に組み付ける際に、発熱体３が発熱体端部収容孔１８ａの内縁と当接しにくくなり、ひいてはこれを支点とした強い曲げ力が作用しにくくなって、発熱体３の折損等を効果的に防止できるようになる。
【００３５】
なお、上記隙間ｈｇを十分な大きさで形成するには、図５（ｅ）に示すように、発熱体端部収容孔１８ａの内面を形成する隔壁部１８ｂと、発熱体３との間に十分な距離が形成されるよう、発熱体端部収容孔１８ａの半径方向における、隔壁部１８ｂの突出量をある程度小さくしなければならない。そこで、筒状の内部電極接続金具２３（の金具本体部３３ｃ）に、その後端周縁から外向きに突出する形態でセパレータ受け部２３ｋを形成し、セラミックセパレータ１８の隔壁部１８ｂの端面を、そのセパレータ受け部２３ｋに当接させる形とすれば、隔壁部１８ｂの突出量が小さくとも、セラミックセパレータ１８と内部電極接続金具２３との当接状態を確実に得ることができる。
【００３６】
図１１に示すように、この実施例では、セパレータ受け部２３ｋは、筒状の内部電極接続金具２３（の金具本体部３３ｃ）の後端周縁から放射状に延びる複数の爪部として形成されている。セパレータ受け部２３ｋをこのような爪部として構成すれば、金具本体部３３ｃの後端開口部に、軸線方向の切れ目を周方向に沿って所定の間隔で形成し、切れ目の間に位置する舌状部を外向きに曲げることで、セパレータ受け部２３ｋを形成する各爪部を簡単に形成できる。なお、これら爪部は、各隔壁部１８ｂに対応した形で形成することで、セラミックセパレータ１８と内部電極接続金具２３との間に、より安定な当接状態を形成できる。
【００３７】
なお、図１３に示すように、筒状の内部電極接続金具２３（の金具本体部３３ｃ）は、その軸線方向中間部に形成された周方向の段付き部２３ｊにより後端部を拡径することができ、その拡径された後端部の端面においてセラミックセパレータ１８の前端面に当接させる形とすることもできる。この場合、後端部の拡径のみでラミックセパレータ１８の例えば隔壁部１８ｂの前端面との当接状態を確保できるのであれば、セパレータ受け部２３ｋを省略してもよい。ただし、この場合もセパレータ受け部２３ｋを形成すれば、セラミックセパレータ１８と内部電極接続金具２３との当接状態をさらに安定化させることができる。
【００３８】
さて、内部電極接続金具２３（の金具本体部３３ｃ）の後端部に上記のようなセパレータ受け部２３ｋを形成すると、セパレータ受け部２３の突出方向先端と外部電極接続金具３３の後端部内面との間の距離が縮まり、例えば組付けの際の位置ずれや金具の寸法ばらつきなどの影響により両者が接触して短絡等の不具合を生ずることが考えられる。そこで、図１１に示すように、外部電極接続金具３３（の金具本体部３３ｃ）の後端開口部を、内部電極接続金具２３に形成されたセパレータ受け部２３と干渉しない位置まで拡径する構成とすれば、上記のような短絡等の不具合を生じにくくすることができる。
【００３９】
図１１に示す例では、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃの後端部を、軸線方向中間位置に形成された周方向の段付部３３ｊにより拡径された拡径部３３ｋとすることで、上記構成を実現している。この場合、金具本体部３３ｃの段付部３３ｊよりも前方側部分は、酸素検出素子２の後端部よりも少し小さい内径となるようにしておき、ここに酸素検出素子２を圧入・嵌合させるようにすればよい。
【００４０】
他方、図１２に示すように、金具本体部３３ｃ全体の内径寸法を酸素検出素子２よりも大きく形成しておき、例えば酸素検出素子２が嵌め込まれる前端部分の内面に把持突出部３３ｔを形成し、その把持突出部３３ｔにより酸素検出素子２を把持させるようにしてもよい（図１０はその組立状態を示している）。把持突出部３３ｔは金具本体部３３ｃの内面周方向に沿って所定の間隔で複数形成することで、酸素検出素子２をより安定的に把持できる。なお、この実施例では、金具本体部３３ｃにＣ字状の切れ目を形成し、その切れ目の内側に位置する舌状部分を内側に曲げ起こすことにより各把持突出部３３ｔを形成しているが、金具本体部３３ｃの外面をプレス加工等により凹ませ、対応する内面位置にダボ状の凸部を形成してこれを把持突出部としてもい。
【００４１】
図１に戻り、主体金具９の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、酸素検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて覆うようにキャップ状のプロテクタ１１が装着されている。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口１２が貫通形態で形成されている。
【００４２】
上記酸素センサ１においては、前述の通り外筒部材５４のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、酸素検出素子２の外面にはプロテクタ１１のガス透過口１２を介して導入された排気ガスが接触し、該酸素検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を、排気ガス中の酸素濃度の検出信号として電極層２ｂ，２ｃ（図２）からリード線２１，２０を介して取り出すことにより、排気ガス中の酸素濃度を検出できる。
【００４３】
以下、酸素センサ１の製造方法について説明する。まず、図８（ａ）に示すように、セラミックセパレータ１８に金属弾性部材７４を外挿する。一方、フィルタアセンブリ１６は図６に示すように予め組み立てておき、その内側にセラミックセパレータ１８、外部電極接続金具３３、内部電極接続金具２３、発熱体３及びグロメット１７等を組み付ける。なお、リード線２０，２１等は両金具３３，２３のコネクタ３３ａ，２３ａに接続するとともに、セラミックセパレータ１８のセパレータ側リード線挿通孔７２（図３）に通し、さらにフィルタ保持部５１の後端側開口部に嵌め込まれたグロメット１を経て外側に延出した状態にしておく。他方、酸素検出素子２は主筒１４内に予め組み付けておく。
【００４４】
そして、発熱体３を先端側から酸素検出素子２内に挿入し、フィルタアセンブリ１６の第一フィルタ保持部６１を主筒１４に被せ、セラミックセパレータ１８を酸素検出素子２の後端部に向けて軸線方向に接近させる。これにより、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃと、内部電極接続金具２３の金具本体部２３ｃとが、酸素検出素子２の開口部に位置決めされた形となる。そして、その状態でセラミックセパレータ１８の前端面（図５の隔壁部１８ｂの端面）に、外部電極接続金具３３の金具本体部３３ｃの後端縁と、内部電極接続金具２３のセパレータ受け部２３ｋとを当接させつつ、セラミックセパレータ１８と酸素検出素子２に向けて軸線方向にさらに接近させる。
【００４５】
これにより、図９に示すように、酸素検出素子２の後端部が金具本体部３３ｃの内側に相対的に押し込まれるとともに、金具本体部２３ｃは酸素検出素子２の内側に押し込まれる。このとき、各金具本体部３３ｃ，２３ｃの後端縁はセラミックセパレータ１８の端面に当接しているので、軸線方向の押込力による引出し線部３３ｂ，２３ｂの挫屈といった不具合を生じることなく、スムーズな組立てが可能となっている。なお、図７に示すように、金具本体部３３ｃの素子挿入側の開口部には、例えばその周方向に沿って外向きに開く挿入ガイド部３３ｆを形成しておけば、挿入時の引っ掛かり等が生じにくく、一層スムーズな組付けが可能となる。また、同様の目的で、酸素検出素子２の開口部外縁に面取部２ｇを形成することもできる。
【００４６】
そして、図８（ｂ）において、第一フィルタ保持部５１と主筒１４とを軸線方向に加圧して金属弾性部材７４を圧縮変形させ、その状態で第一フィルタ保持部５１と主筒１４とにケーシング加締部７６を形成して両者を結合することにより組立てが終了する。
【００４７】
なお、図３において、金属弾性部材７４は主筒１４（ケーシング１０）の後端開口端面とセパレータ側支持部７３（セパレータ側係合部）との間に配置することもできる。この場合、最終的なセンサの組立状態においては、金属弾性部材７４の弾性復帰により、セラミックセパレータ１８と内部電極接続金具２３の金具本体部２３ｃとの間に、金属弾性部材７４を軸線方向において弾性圧縮変形限度まで変形させたときの、その圧縮ストロークに対応する大きさ以下（換言すれば、弾性復帰量以下）の範囲内で、若干の隙間が形成されることがある。本発明では、この程度の小さな隙間形成状態も、広義に「当接」に属するものとみなす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例たる酸素センサの縦断面図。
【図２】酸素検出素子の内外面に形成された電極層を示す断面模式図。
【図３】図１の酸素センサの要部を示す縦断面図。
【図４】セラミックセパレータの一例を示す斜視図。
【図５】図４のセラミックセパレータを詳しく示す平面図、側面図、Ａ−Ａ縦断面図、Ｂ−Ｂ縦断面図及び底面図。
【図６】組立状態のフィルタアセンブリの部分縦断面図。
【図７】酸素検出素子への外部電極接続金具の組付け方法を示す分解斜視図。
【図８】図１の酸素センサの組立方法の一例を示す工程説明図。
【図９】図８において、内部電極接続金具及び外部電極接続金具の各金具本体部が、セラミックセパレータとともに酸素検出素子に対して一体組付けされる様子を示す縦断面図。
【図１０】図１の酸素センサの変形例の要部を示す縦断面図。
【図１１】図１の酸素センサに使用した外部電極接続及び内部電極接続金具の要部を示す斜視図。
【図１２】図１０の酸素センサに使用した外部電極接続の要部を示す斜視図。
【図１３】内部電極接続金具の変形例を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 酸素センサ
２ 酸素検出素子
２ａ 内部電極
２ｂ 外部電極
３ 発熱体
１０ ケーシング
１６ フィルタアセンブリ
１８ セラミックセパレータ
１８ａ 発熱体端部収容孔
１８ｂ 隔壁部
２０，２１ リード線
２３ 内部電極接続金具
２３ｃ 金具本体部
２３ｋ セパレータ受け部
３３ 外部電極接続金具
３３ｂ 引出し線部
３３ｃ 金具本体部
５３ フィルタ
５４ 第二フィルタ保持部
６１ 第一フィルタ保持部
７２ リード線挿通孔

Claims (8)

1. 先端部が閉じた中空軸状をなし、その中空部の内外面に電極層を有する酸素検出素子と、
   その酸素検出素子を収容するケーシングと、
   そのケーシング内において前記酸素検出素子の後方側に配置され、該酸素検出素子の内面に形成された内部電極層と、同じく外面に形成された外部電極層とのそれぞれに電気的に導通するリード線を挿通するための、複数のリード線挿通孔が軸線方向に貫通して形成されたセラミックセパレータとを備え、
   前記酸素検出素子の前記中空部の開口端部内側には、前記内部電極層に導通する筒状の内部電極接続金具が挿入されるとともに、その内部電極接続金具の後端縁を前記セラミックセパレータの前端面に当接配置し、
   前記酸素検出素子の前記中空部には軸状の発熱体が挿入され、
   前記セラミックセパレータは、前記リード線挿通孔が、該セラミックセパレータの中心軸線を取り囲む形態で複数形成され、
   また、前記セラミックセパレータの軸線方向前端側には、内径が前記発熱体の外径よりも大きく設定されてセラミックセパレータの前端面に開口し、底面がセラミックセパレータの軸方向中間部に位置するとともに、前記発熱体の後端部を収容する発熱体端部収容孔が、各リード線挿通孔に対し内側から重なりを生ずるように、該セラミックセパレータの中央部を切り欠いた形態で形成されており、
   前記内部電極接続金具の後端は、前記セラミックセパレータの前記発熱体端部収容孔の開口側の端面において、隣接するリード線挿通孔の間に形成される隔壁部の端面に当接してなり、
   筒状の前記内部電極接続金具には、その後端周縁から外向きに突出する形態でセパレータ受け部が形成されており、前記セラミックセパレータの前記隔壁部の端面は、そのセパレータ受け部に当接していることを特徴とする酸素センサ。
2. 前記発熱体の後端部と、前記発熱体端部収容孔の内面との間には一定量の隙間が形成されるとともに、前記発熱体の先端部に形成された発熱部の近傍において、該発熱体の中心軸線が前記酸素検出素子の中空部の中心軸線に対して片側に寄る形で偏心するように、前記発熱体が前記中空部内に傾けて配置されている請求項１記載の酸素センサ。
3. 前記セパレータ受け部は、筒状の前記内部電極接続金具の後端周縁から放射状に延びる複数の爪部を含む請求項１又は請求項２に記載の酸素センサ。
4. 筒状の前記内部電極接続金具は、その軸線方向中間部に形成された段付き部により後端部が拡径されており、その拡径された後端部の端面において前記セラミックセパレータの前端面に当接している請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の酸素センサ。
5. 前記酸素検出素子の後端部には、前記外部電極層に導通する外部側出力取出部が形成される一方、これに対応するリード線の端部には外部電極接続金具が取り付けられており、その外部電極接続金具は前記酸素検出素子の後端部が内側に嵌入される筒状に形成されるとともに、その外部電極接続金具の後端開口部が、前記内部電極接続金具に形成された前記セパレータ受け部と干渉しない位置まで拡径されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の酸素センサ。
6. 前記外部電極接続金具の後端縁が前記セラミックセパレータの前端面に当接している請求項５記載の酸素センサ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の酸素センサの製造方法であって、
   前記酸素検出素子の中空部開口側に前記内部電極接続金具を位置決めし、その状態で前記セラミックセパレータの前端面に該内部電極接続金具の後端縁を当接させつつ前記セラミックセパレータと前記酸素検出素子とを軸線方向において相対的に接近させることにより、前記酸素検出素子の中空部に前記内部電極接続金具を嵌入させてこれを組み付けるこ とを特徴とする酸素センサの製造方法。
8. 前記ガスセンサは、
   前記ケーシングの後方側においてこれと一体的に設けられ、前記ケーシング内に外気を導くための第一気体導入孔が形成された第一フィルタ保持部と、
   その第一フィルタ保持部の外側に設けられ、前記ケーシング内に外気を導くための第二気体導入孔が形成された第二フィルタ保持部と、
   それら第一及び第二フィルタ保持部の間において前記第一及び第二気体導入孔を塞ぐ形態で配置され、液体の透過は阻止し気体の透過は許容するフィルタとを備え、前記第一フィルタ保持部は、前記ケーシングとは別体の筒状体として該ケーシングに対し後方側から連結されるようになっており、
   前記ケーシングに組付ける前の状態で、前記第一フィルタ保持部の外側に前記フィルタ及び前記第二フィルタ保持部をこの順序で配置し、
   その状態で加締め部を形成することにより、前記第二フィルタ保持部及びフィルタを前記第一フィルタ保持部に組み付けてフィルタアセンブリとなし、
   前記セラミックセパレータと前記内部電極接続金具とを予め組み付けておき、そのフィルタアセンブリの前記第一フィルタ保持部の内側に、前記ケーシングの後端部を該フィルタアセンブリの組付けのために挿入するとともに、その挿入に際して、前記内部電極接続金具の前記酸素検出素子の中空部への嵌入・組付けを同時に行うようにした請求項７記載の酸素センサの製造方法。

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