JP4643820B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス等の被測定ガスが流れる流路を形成する管に取り付けられ、被測定ガス成分を検出するガスセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、混合ガス中から特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、ＨＣセンサやＮＯｘセンサ等種々のものが知られている。
この種のガスセンサは、例えば特開平１０−０５４８２１号公報や特開平１０−０１００８２号公報等に示されるように、排気管に固定される筒状の主体金具（ハウジング）内に軸状の検出素子を挿通して保持し、その一端を被測定ガスに晒すように構成されている。そして、この検出素子を主体金具により安定して保持すると共に、排気ガスのガスセンサ内部への漏洩を防止するために、主体金具の筒内には検出素子を包囲する態様で下方から順に、検出素子を支持する支持部材、滑石粉末、滑石粉末に押圧力を付与する押圧部材等が積層されている。そして、この押圧部材の押圧により滑石粉末を主体金具と検出素子との間に加圧充填させることにより、検出素子が主体金具内に堅固に固定されるようになっている。
【０００３】
そして、このようなガスセンサの製造においては、上記滑石粉末の加圧充填のため、主体金具の筒内に支持部材、検出素子、滑石粉末、押圧部材を挿入した状態で、プレス装置により主体金具の端部を外方から軸方向に押圧して加締める加締め工程が行われる。この加締め工程は段階的に行われ、まず冷間で主体金具の端部を押圧して絞りながら倒し込む仮加締めが行われる。そして、この仮加締めのみではその後の滑石粉末のバックリング（一旦圧縮されたものがその弾性により元に戻ろうとすること）を防止することができないため、さらに主体金具の端部近傍に設けた薄肉部を通電加熱した状態で当該端部を軸方向に加圧する熱加締めが行われる。これにより薄肉部が座屈し、滑石粉末が圧縮された状態で保持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような製造方法を採用した場合、加締め工程用の装置として熱加締め用の電源や冷却装置等を備えた大がかりなものを使用する必要があり、さらに、加締め用の金型等についても耐熱性や導電性に優れた高価なものを採用する必要があるため、その製造コストが嵩むといった問題があった。
【０００５】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、加工工程及び加工設備の簡素化により、製造コストの低廉化を図ることができるガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
請求項１記載のガスセンサの製造方法では、第１工程にて、筒状の主体金具の内側に、軸状の検出素子をその先端側から同軸状に内挿する。この主体金具の先端側の内周には内向き突出した段部が周設されており、他方、検出素子の外周には支持部が形成されているため、このときこの支持部が段部に係合することにより、検出素子が主体金具に支持されるようになっている。
続く第２工程では、この支持部より後側における主体金具の内周面と検出素子の外周面との間に充填部材を配設し、さらにこの充填部材より後側に筒状の押圧部材を同軸状に内挿する。
続く第３工程では、押圧部材の後端内側部を軸方向先側に押圧して充填部材を軸方向に圧縮し、さらに第４工程において、この第３工程による充填部材の圧縮状態を保持した状態で、主体金具の後端周縁部を外方から押圧する。このとき当該主体金具の後端周縁部が押圧部材の後端外側部側に折り曲げられ、この押圧部材の後端側を係止する。
すなわち、本製造方法においては、第３工程における充填部材への加圧状態が保持されたまま第４工程におけるいわゆる加締め加工が行われるため、第３工程と第４工程との間で一旦圧縮された充填部材のバックリングが発生することはない。このため、このバックリング是正のため従来行われていた熱加締めを行う必要もなく、製造工程が簡素化される。また、このように熱加締め工程を省略することができるため、これに必要な電源や冷却装置等が不要となり、製造設備全体を簡易に構成することができる。この結果、製造コストの低廉化を図ることができる。
更に本発明では、第３工程と第４工程を実行するための装置として、同軸に設置された二つの筒状押圧部を動作制御するプレス装置を使用し、これら筒状押圧部のうち、内側に配置されたものを制御することにより第３工程を実行し、外側に配置されたものを制御することにより第４工程を実行する。このようなプレス装置を使用することで効率よく第３工程及び第４工程を実行することができるからである。
また、前記第３工程と第４工程とはその目的が異なるため、同時に行う必要はなく、第３工程が終了してからその圧縮状態を保持した状態で第４工程に移行するようにしてもよい。しかし、製造効率の観点からは請求項２に記載のように、第３工程と前記第４工程を同時に並行して行うようにすると、製造時間を短縮することができるので好ましい。
また、上述の様に、第３工程と第４工程を実行するための装置として、同軸に設置された二つの筒状押圧部を動作制御するプレス装置を使用し、これら筒状押圧部のうち、内側に配置されたものを制御することにより第３工程を実行し、外側に配置されたものを制御することにより第４工程を実行する場合、上記押圧部材をその内側で押圧しながら圧縮し、さらに外側から押圧力を付与して加締め工程を行う必要がある。このため、押圧部材の後端側の押圧部面積をある程度大きくとる必要がある。一方、押圧部材はその先端側から主体金具に挿通されるため、その挿入部の断面の大きさはある程度小さく形成する必要がある。
【００１２】
そこで、請求項３に記載のように、上記押圧部材を、筒状の本体後端部の外周に外向きに突出したフランジ部を周設して形成するとよい。このようにすることで、押圧部材の本体を主体金具への挿入に適した大きさに保持した状態で、その押圧面積を十分にとることができる。尚、この場合、フランジ部をのみに高負荷をかけると当該フランジ部が破断してしまう虞があるため、第３工程において押圧部材をその本体を少なくとも部分的に含む位置にて押圧し、第４工程において押圧部材のフランジ部に向けて主体金具の後端周縁部を押圧するようにする。
【００１３】
ただしこの場合、主体金具の後端周縁部が第４工程において折り曲げられた際に、この後端周縁部の周端縁が、二つの筒状押圧部のうち内側に配置されたものの外周面に接触してしまっては、本工程において十分な押圧力が付与できないばかりでなく、後に当該内側の筒状押圧部を引き抜くことが困難となる。
【００１４】
そこで、このような事態に到らないよう、請求項４に記載のように、上記フランジ部は所定の大きさに形成されていることが好ましい。
また、例えば押圧部材が円筒形状であるのに対して検出素子の断面形状が角形状である等、これらの形状が異なる場合には、押圧部材と検出素子との間に大きなクリアランスが生じ、第３工程において充填部材の形成材料がこのクリアランスに流動してしまうことが懸念される。このような場合には、充填部材に十分な押圧力がかからず、検出素子の主体金具への安定した固定が困難となる。また、この場合に充填部材の流動に偏りがあると、検出素子自体に偏心方向の力が加わり、場合によっては検出素子が破断してしまう虞もある。
【００１５】
そこで、請求項５に記載のように、検出素子の断面形状にほぼ等しい形状の孔を有し、充填部材の後端面のほぼ全域を覆うパッキンを予め形成し、これを第２工程後第３工程前に充填部材の後側に挿入するとよい。
このようにすれば、押圧部材と検出素子の形状が異なっていても、第３工程における押圧部材からの押圧力が当該パッキンを介して充填部材に十分に付与されるため、上記のような問題が生じることはない。
【００１６】
尚、上記充填部材が滑石粉末の場合又は滑石粉末等の粉末の場合には、その粉末をリング状に固めてから供給してもよいし、粉体のまま供給してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施例を図面と共に説明する。本実施例は、ガスセンサを酸素センサとして構成したものであり、図１は、当該酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【００１８】
同図に示すように、酸素センサ１は、長方形状の断面を有する軸状の検出素子２、検出素子２を収容するケーシング３等から構成されている。
この検出素子２は、長板状に形成された複数の酸素濃淡電池素子と、この酸素濃淡電池素子を活性化させるための複数のヒータとが積層されて形成されている（図示せず）。そして、その軸方向中央付近の外周には、自身をケーシング３内に係止固定させるためのセラミックからなる筒状の支持部材４が外挿され接着され、支持部を構成している。また、検出素子２の先端側（図中下方）には、被測定ガスに晒されて被測定ガス成分を検出する検出部２ａが設けられており、後端側には検出部２ａにて生じた酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すために、複数（本実施例では４個）のＬ字状の金属端子１１が把持部材１２を介して取り付けられている。
【００１９】
ケーシング３は、酸素センサ１を排気管等の取付部に固定すると共に、上記支持部材４を装着した検出素子２、滑石粉末からなる充填部材５、及び充填部材５を押圧する金属製の押圧部材６等を内部に収容する。当該ケーシング３は、検出素子２の検出部２ａを排気管等の内部に突出させる主体金具７と、主体金具７の上部に延設され、検出素子２との間で所定の内部空間を形成する外筒８とから構成されている。
【００２０】
主体金具７は、円筒状の本体先端側の内周に内向き突出した段部７ａを有し、この段部７ａに支持部材４を係止することにより、検出素子２を下方から支持している。そして、さらに支持部材４の後側（図中上側）における主体金具７の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５を配設し、更にこの充填部材５の後側にリング状の金属製パッキン１５を介して筒状の押圧部材６を同軸状に内挿している。
【００２１】
また、主体金具７の上端部（後端部）には、内側に延出したフランジ部７ｂの先端縁により円形の上部開口部が形成されており、このフランジ部７ｂが押圧部材６を上方から係止している。そして、その上部開口部を覆うように外筒８の下端開口端部が主体金具７に外挿されると共に、当該下端開口端部が外方から加締められることにより外筒８が主体金具７に装着されている。
【００２２】
外筒８の上部開口部には、ゴムからなる円柱形状のシール部材１３が設けられており、その下端には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ１４が装着されている。そして、シール部材１３の軸方向中央位置が外筒８を介して径方向に加締められ、外筒８とシール部材１３との間のシール性が保持されている。
【００２３】
このシール部材１３及びセパレータ１４には、検出素子２の電極に夫々接続されるリード線２０，２１及びヒータに接続される一対のリード線（図示せず）を挿通するための貫通孔が形成され、その各々のリード線がセパレータ１４内にて上記金属端子１１のそれぞれに接続され固定されている。
【００２４】
また、主体金具７の先端側（図中下方）外周には、検出素子２の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ３１，３２が溶接等によって取り付けられている。
次に、以上のように構成された酸素センサ１の製造方法について、図２〜５に基づいて説明する。尚、本製造方法は、検出素子２を主体金具７内に固定保持する工程を除き従来のものと同様であるため、当該工程についてのみ説明し、他の工程については省略する。
【００２５】
本工程では、まず図２（ａ）に示すように、主体金具７の内側に、支持部材４が装着された検出素子２をその先端側から同軸状に内挿する（第１工程）。このとき支持部材４が段部７ａに係止されるため、結果的に検出素子２は主体金具７により支持される。
【００２６】
そして、この状態から支持部材４より後側における主体金具７の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５を配設する（第２工程）。この充填部材５は、滑石粉末を予め圧縮成形して所定の密度を有する筒状の固体に形成したものであり、図３に図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示すように、その孔部５ａは検出素子２の断面形状にほぼ等しい角形状に形成され、その外径は主体金具７の内径にほぼ等しく形成されている。
【００２７】
そして、更にこの充填部材５の後側にパッキン１５を挿入した後、押圧部材６を挿入する（第２工程）。パッキン１５は所定の厚みを有するリング状に形成されており、図４に図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を示すように、検出素子２の断面形状にほぼ等しい角形状の孔１５ａを有し、その外径は主体金具７の内径にほぼ等しく、充填部材５の後端面のほぼ全域を後方から覆うように配設される。
【００２８】
一方、本実施例ではコストの観点から押圧部材６を円筒形状に形成している。これは、金属材料を成形して押圧部材６を製造する場合、ある程度の高さを有する円柱部材の中央に軸方向の孔を加工し、しかもその孔の精度をある程度確保する必要があるのだが、この孔を角形状に加工するには高度な技術を要し、コストが嵩むからである。
【００２９】
このため、図５に図２（ａ）のＣ−Ｃ断面を示すように、その押圧断面はパッキン１５の断面よりも小さくなり、押圧部材６の内周面と検出素子２の外周面との間には大きなクリアランスＣＬが形成される。
従って、この場合、後述する押圧工程において押圧部材６から充填部材５に押圧力が付与された際の、充填部材５の押圧部材６側への漏洩（材料流動）の問題が懸念されるところだが、上述のように充填部材５と押圧部材６との間には充填部材５の後端面のほぼ全域を覆うようにパッキン１５が介装されているため、その心配はほとんどない。つまり、押圧部材６の形状と検出素子２の形状とが整合していないにもかかわらず、押圧部材６からの押圧力はパッキン１５を介して充填部材５に十分に付与されることになる。
【００３０】
そして、この状態からプレス装置Ｐによる押圧部材６及び主体金具７の押圧工程に移行する。このプレス装置Ｐは、同軸に設置された二つの筒状押圧部Ｐ１、Ｐ２を備え、これらを独立して動作制御することが可能になっている。
そして、図２（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、当該押圧工程では、内側の筒状押圧部Ｐ１を軸方向下方に動作制御することにより、押圧部材６の後端内側部を軸方向先側に押圧して充填部材５を軸方向に圧縮すると共に（第３工程）、外側の筒状押圧部Ｐ２を軸方向に動作制御することにより、主体金具７の後端周縁部を外方から押圧して押圧部材６の後端外側部側に向かって折り曲げる（第４工程）。このように折り曲げられた主体金具７の後端周縁部により前述したフランジ部７ｂが形成されると共に、当該フランジ部７ｂにより押圧部材６の後端側が係止される。
【００３１】
尚、この場合、筒状押圧部Ｐ２による押圧により主体金具７の後端周縁部が加締められ、その結果、当該後端周縁部が内方に延出してフランジ部７ｂを形成することになるが、押圧部材６のフランジ部６ｂの外径Ｄ１が本体部６ａの外径Ｄ２よりも十分に大きくとられているため、フランジ部７ｂの端縁が筒状押圧部Ｐ２の外周面に接触することはない。
【００３２】
このようにして圧縮力を受けた充填部材５は、検出素子２、主体金具７、支持部材４及びパッキン１５により包囲される空間に材料流動して充填される。そして、この充填部材５の弾性力により検出素子２と主体金具７が堅固に固定される。
【００３３】
以上に述べたように、本実施例の酸素センサ１の製造においては、充填部材５への加圧状態が保持された状態で主体金具７後端部が加締められるため、一旦圧縮された充填部材５のバックリングの問題は生じない。このため、このバックリング是正のため従来行われていた熱加締めを行う必要もなく、製造工程が簡素化される。また、この熱加締め工程を省略することができるため、これに必要な電源や冷却装置等が不要となり、製造装置全体を簡易に構成することができる。この結果、全体として酸素センサ１の製造コストの低廉化を図ることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施例においては、押圧工程において、内側の筒状押圧部Ｐ１による充填部材５の圧縮と、外側の筒状押圧部Ｐ２による主体金具７の後端周縁部の加締めとを同時に行ったが、筒状押圧部Ｐ１による充填部材５の圧縮を行った後、筒状押圧部Ｐ２による主体金具７の後端周縁部の加締め行うように、プレス装置Ｐを制御してもよい。
【００３５】
また、上記実施例では、押圧部材６として円筒形状のものを使用したが、加工コスト上の問題が生じない場合には、その孔の断面形状として検出素子２の断面形状にほぼ等しい角形状のものを使用してもよい。そうすれば、パッキン１５が不要となり部品点数が削減できると共に、パッキン１５を挿入する工程が不要となり、更なる製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
さらに、上記実施例では、本発明に係るガスセンサの製造方法を、断面形状が角形状の検出素子２が用いられる酸素センサ１に適用した例を示したが、図６に示すように、断面形状が円形状である中空軸状の検出素子２０２が用いられる酸素センサ２０１に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】 実施例の酸素センサの製造工程の主要部を表す説明図である。
【図３】 図２（ａ）のＡ−Ａ断面を表す説明図である。
【図４】 図２（ａ）のＢ−Ｂ断面を表す説明図である。
【図５】 図２（ａ）のＣ−Ｃ断面を表す説明図である。
【図６】 変形例に係る酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・酸素センサ、 ２・・・検出素子、 ３・・・ケーシング、
４・・・支持部材、 ５・・・充填部材、 ６・・・押圧部材、
７・・・主体金具、 ８・・・外筒、 １５・・・パッキン、
Ｐ・・・プレス装置、 Ｐ１・・・筒状押圧部、 Ｐ２・・・筒状押圧部

Claims (5)

1. 先端側の内周に内向き突出した段部が周設された筒状の主体金具の内側に、外周に支持部が形成された軸状の検出素子をその先端側から同軸状に内挿すると共に、該支持部を前記段部に係合させて保持する第１工程と、
   該第１工程の後、前記支持部より後側における前記主体金具の内周面と前記検出素子の外周面との間に充填部材を配設し、さらに該充填部材より後側に筒状の押圧部材を同軸状に内挿する第２工程と、
   該第２工程の後、前記押圧部材の後端内側部を軸方向先側に押圧して前記充填部材を軸方向に圧縮する第３工程と、
   該第３工程による前記圧縮状態を保持した状態で、前記主体金具の後端周縁部を外方から押圧して前記押圧部材の後端外側部側に折り曲げ、該押圧部材の後端側を係止する第４工程と、
   を備えるとともに、
   同軸に設置された二つの筒状押圧部を動作制御するプレス装置を使用し、
   前記筒状押圧部のうち、内側に配置されたものを制御することにより前記第３工程を実行し、外側に配置されたものを制御することにより前記第４工程を実行することを特徴とするガスセンサの製造方法。
2. 前記第３工程と前記第４工程が、同時に並行して行われることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの製造方法。
3. 前記押圧部材を、筒状の本体後端部の外周に外向きに突出したフランジ部を周設して形成し、
   前記第３工程において、前記押圧部材を、その本体を少なくとも部分的に含む位置にて押圧し、
   前記第４工程において、前記主体金具の後端周縁部を、前記押圧部材のフランジ部に向けて押圧すること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサの製造方法。
4. 前記フランジ部は、前記第４工程において前記主体金具の後端周縁部が折り曲げられた際に、該後端周縁部の周端縁が前記二つの筒状押圧部のうち内側に配置されたものの外周面に接触しないよう、所定の大きさに形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサの製造方法。
5. 前記第２工程と前記第３工程との間に、前記充填部材の後側に、前記検出素子の断面形状にほぼ等しい形状の孔を有し、該充填部材の後端面のほぼ全域を覆うパッキンを挿入する工程を有し、
   前記第３工程において、前記押圧部材からの圧縮力を、該パッキンを介して該充填部材に付与することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサの製造方法。

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