JP4173465B2 - センサの製造方法 - Google Patents
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まず、第1に、主体金具に形成される棚部が後端側向き拡径状のテーパ面として形成される場合に、保護カバーの底面部に当接する先端側向き縮径状のテーパ面(以下、第1テーパ面ともいう)を絶縁ホルダの先端側側面に設け、さらにこの第1テーパ面の後端に連なるようにして先端側向き縮径状のテーパ面(以下、第2テーパ面ともいう)を絶縁ホルダの先端側側面に設けるようにして、絶縁ホルダを形成することができる。このとき、第1テーパ面の開き角を主体金具の棚部の開き角と略等しくし、第2テーパ面のテーパ角度を、第1テーパ面の開き角よりも小さい角度に調整するものとする。これにより、板型検出素子にフランジ部を組み付けた後に、保護カバーにおける底面部と側面部との接続部分の内面と、絶縁ホルダの第2テーパ面との間に環状の隙間を生じさせることができる。
次に、上述のセンサの製造方法においては、請求項7に記載のように、板型検出素子は、先端側のうち少なくとも測定対象物に晒される電極の表面上に保護層を備え、第1工程において、粉体リングの素子挿通孔に対して板型検出素子を後端側から挿通するとよい。
なお、本実施形態では、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出する検出素子(ガスセンサ素子)が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサ2(以下、空燃比センサ2ともいう)について説明する。
空燃比センサ2は、排気管に固定するためのネジ部103が外表面に形成された筒状の主体金具102と、軸線方向(図中上下方向)に延びる板状形状をなす検出素子4と、検出素子4の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ6と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔84の内壁面が検出素子4の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材82と、検出素子4と絶縁コンタクト部材82との間に配置される5個のリードフレーム10と、を備えている。
検出素子4は、軸線方向(図2における左右方向)に延びる板状形状に形成された素子部20と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ22とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。なお、空燃比センサ2として用いられる検出素子4は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。
そして、素子部20とヒータ22とは、セラミック層(例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック)を介して互いに接合される。また、検出素子4は、先端側のうち少なくとも測定対象物(本実施形態では排ガス)に晒される多孔質電極の表面上には、耐被毒防止用の多孔質のセラミックからなる保護層25が形成される。なお、本実施形態では、検出素子4のうち排ガスに晒される多孔質電極の表面を含む先端側全面を保護層25にて覆っている。
このように構成された検出素子4は、図1に示すように、先端側(図1における下方)の検出部8が排気管に固定される主体金具102の先端より突出すると共に、後端側の電極端子部30,31,32,34,36が主体金具102の後端より突出した状態で、主体金具102の内部に固定される。
図6に示すように、セラミックホルダ106の先端テーパ面114の開き角β[度]は、主体金具102の棚部107におけるテーパ面の開き角γ[度]と略等しい角度に調整されている。また、セラミックホルダ106は、図6に示すように、自身の表面のうち側面173と先端テーパ面114との間に第2テーパ面171が形成されている。なお、セラミックホルダ106を中心軸線に沿って平行な向きに断面をとったときには、図6に示すように、第2テーパ面171における開き角α[度]と先端テーパ面114の開き角β[度]との間には、α<βの関係が成立するように、先端テーパ面114および第2テーパ面171が形成されている。本実施形態では、具体的には、α=110[度]、β=120[度]に形成している。
次に、保護カバー125について説明する。図4に、保護カバー125の斜視図を示す。なお、図4では、図における上側を先端側とし、図における下側を後端側として、保護カバー125を表している。
素子ユニット製造用治具150は、検出素子4の後端側部分を収容するための素子配置部152を有する基台部151と、検出素子4と略同様の断面形状に形成された長尺状のピン部材153と、滑石リング108を検出素子4の軸線方向に沿って圧縮変形させるための圧力を印加する圧力印加部材155と、を備えて構成されている。
例えば、検出素子の検出部を覆うプロテクタ部は、保護カバーと一体に形成しても良い。ここで、保護カバーとプロテクタ部とが一体に形成された第2保護カバー161を備える第2全領域空燃比センサ160の全体構成を示す断面図を、図8に示す。
そして、第2全領域空燃比センサ160の製造工程においては、第1実施形態における素子ユニットの製造工程での第2ステップに相当する工程において、カバー部162で滑石リング108およびセラミックホルダ106の側面を覆うと共に、プロテクタ部163で検出素子4の検出部8を覆うように、第2保護カバー161を配置する。
また、上述した実施形態において、粉体リングに相当する粉末充填層108、充填部材に相当する第2充填層110は、タルク粉末(滑石)によって形成されるものに限定されず、例えば、六方晶系窒化ホウ素粉末などで形成したものであってもよい。
Claims (8)
- 軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象物に向けられる先端側に検出部が形成され、後端側に電極端子部が形成される板型検出素子と、
前記板型検出素子を取り囲む形態で一体に組み付けられるフランジ部と、
前記板型検出素子を挿通するために軸線方向に貫通する貫通孔を有し、前記フランジ部に係合するように前記貫通孔の内周面から径方向内向きに突出して形成される棚部を有する主体金具と、
を備えるセンサの製造方法であって、
前記フランジ部は、粉体物が固められて環状形状をなす粉体リングを少なくとも備える形態で前記板型検出素子に一体に組み付けられるものであり、
前記板型検出素子を前記粉体リングに挿通する前の状態において、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい素子挿通孔を有する当該粉体リングの前記素子挿通孔に対して、前記板型検出素子を挿通すると共に、前記板型検出素子の軸線方向における前記粉体リングの位置決めを行う第1工程と、
前記粉体リングに対して軸線方向に圧縮する圧縮用圧力を印加し、前記素子挿通孔の開口断面積が縮小するよう前記粉体リングを圧縮変形させて、前記板型検出素子に対して前記粉体リングを少なくとも含む前記フランジ部を一体に組み付ける第2工程と、
前記板型検出素子を前記主体金具の前記貫通孔の内部に配置する際に、前記フランジ部を直接または前記軸線方向に延びる中心軸を回転中心として前記板型検出素子を回転可能な大きさの中空部を有する中間部材を介して前記棚部に係合させて、前記貫通孔の内部での前記板型検出素子の軸線方向における位置決めを行う第3工程と、
を有することを特徴とするセンサの製造方法。 - 前記フランジ部は、前記粉体リングの側面を覆う筒状の保護カバーを備えて構成され、
前記第1工程において、前記板型検出素子を前記粉体リングの前記素子挿通孔に挿通するにあたり、前記保護カバーを前記粉体リングの側面を覆う位置に配置し、
前記第2工程において、前記粉体リングに圧力を印加するにあたり、前記素子挿通孔の断面積を縮小させると共に、前記粉体リングと前記保護カバーとの隙間を無くすよう前記粉体リングを圧縮変形させて、前記粉体リングおよび前記保護カバーを含む前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
を特徴とする請求項1に記載のセンサの製造方法。 - 前記フランジ部は、前記粉体リングの先端側に環状形状の絶縁材料からなる絶縁ホルダを備え、
前記保護カバーは、金属材料で形成されており、前記粉体リングの側面および前記絶縁ホルダの側面を覆う筒状形状に形成される側面部と、前記絶縁ホルダの先端側表面に当接する底面部と、を備え、
前記絶縁ホルダは、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口挿通部を有し、
前記保護カバーの前記底面部は、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口部を有し、
前記第1工程において、前記底面部が前記絶縁ホルダの先端側に配置されるように前記粉体リングおよび前記絶縁ホルダを前記保護カバーで覆い、前記底面部の前記開口部、前記絶縁ホルダの前記開口挿通部、前記粉体リングの前記素子挿通孔に対して、前記板型検出素子を挿通し、
前記第2工程において、前記圧縮用圧力を印加することにより、前記粉体リングを圧縮変形させると共に、前記粉体リング、前記絶縁ホルダおよび前記保護カバーを含む前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
を特徴とする請求項2に記載のセンサの製造方法。 - 前記主体金具に形成される前記棚部は、後端側向き拡径状のテーパ面として形成され、
前記絶縁ホルダの先端側表面には、先端側向き縮径状のテーパ面が少なくとも形成され、
前記保護カバーの前記底面部は、前記粉体リングおよび前記絶縁ホルダを覆う前の段階では、前記絶縁ホルダの前記テーパ面とは異なる角度に形成されており、
前記第2工程において、前記圧縮用圧力を印加することにより、前記粉体リングを圧縮変形させると共に、前記保護カバーの前記底面部を前記絶縁ホルダの前記テーパ面と略同一角度に変形させて、前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
を特徴とする請求項3に記載のセンサの製造方法。 - 前記絶縁ホルダは、前記第2工程を実行して前記保護カバーの内部に配置された際に、前記保護カバーにおける前記底面部と前記側面部との接続部分の内面との間に環状の隙間を生じさせる形状に予め形成されていること、
を特徴とする請求項3または請求項4に記載のセンサの製造方法。 - 当該センサは、前記板型検出素子のうち前記検出部が形成される先端側を覆う形状のプロテクタ部を備え、
前記保護カバーは、前記主体金具の前記棚部に係合するカバー側係合部を備えると共に、前記プロテクタ部と一体に形成されており、
前記第1工程において、前記プロテクタ部が一体に形成された前記保護カバーで前記粉体リングの側面を覆うと共に、前記プロテクタ部で前記板型検出素子の前記検出部を覆うこと、
を特徴とする請求項2から請求項5のいずれかに記載のセンサの製造方法。 - 前記板型検出素子は、先端側のうち少なくとも測定対象物に晒される電極の表面上に保護層を備え、
前記第1工程において、前記粉体リングの前記素子挿通孔に対して前記板型検出素子を後端側から挿通すること、
を特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載のセンサの製造方法。 - 前記センサは、前記板型検出素子のうち前記フランジ部よりも後端側の周囲に、環状形状に固められた粉状物からなる充填部材を備えて構成されており、
前記第3工程において、前記板型検出素子のうち前記フランジ部よりも後端部分に前記充填部材を配置した状態で、前記板型検出素子を前記主体金具の貫通孔に配置し、
前記第3工程の実行後、前記充填部材に対して前記棚部に向かう圧力を印加して、前記板型検出素子と前記主体金具との間に前記充填部材を加圧充填することにより、前記板型検出素子と前記主体金具との間を前記充填部材により気密封止すること、
を特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のセンサの製造方法。
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