JP5310170B2

JP5310170B2 - ガスセンサ及びその製造方法

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Publication number: JP5310170B2
Application number: JP2009071151A
Authority: JP
Inventors: 常利後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2010223750A

Description

本発明は、内燃機関から排出される燃焼排気中に含まれる特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの構造に関するものであり、特に自動二輪車等の外部から受ける振動が大きな環境下で使用されるガスセンサに好適なものである。

従来、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に、燃焼排気中に含まれる酸素等の特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサを配設して、検知された特定ガス成分の濃度によって空燃比制御や排気処理触媒の温度制御等を行っている。

このようなガスセンサとして、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質の基体表面に被測定ガスに接する測定電極層と基準ガスとして導入された大気に接する基準電極層とを施した酸素濃度検出素子を具備し、被測定ガス中の酸素濃度と基準ガス中の酸素濃度との差によって両電極間に発生する電位差を検出して被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ等が広く用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。

また、近年、環境保護、燃費低減等の見地から、自動二輪車においてもこのようなガスセンサによる燃焼制御が図られるようになっている（例えば、特許文献３参照）。

ところが、自動二輪車の場合、自動車等に比べてガスセンサの搭載スペースが限られており、また、外部から受ける振動も大きく、さらに、ガスセンサの基端部が外部に露出された状態で載置されるため、泥跳ねによる汚染や被水し易い過酷な環境で使用されることになる。また、近年の激しいコスト削減競争の中、このようなガスセンサの製造においてもさらなる製造コストの削減に対する要求も強くなっている。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、耐久性に優れ、特に、自動二輪車の燃焼排気流路に搭載するのに好適なガスセンサを提供すると共に、かかる新規なガスセンサを簡易に製造する製造方法を提供することを目的とする。

第１の発明では、基端側が開口し、先端側が閉塞する略有底筒状に形成した固体電解質体（２１０）の内側に基準ガスを導入する基準ガス室（２１４）を設けて、その内側表面に基準ガスに対向する基準電極層（２１６）を具備し他方の表面に被測定ガスに対向する測定電極層（２１７）を具備するガスセンサ素子（２１）の一部を被測定ガス流路（３０）中に配設して被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ（１）において、
少なくとも、上記ガスセンサ素子（２１）と、該ガスセンサ素子（２１）を被測定ガス中に配設・固定すると共に、上記測定電極層（２１７）と電気的に導通し、上記被測定ガス流路（３０）をグランドとして接地状態とするハウジング（２２）とを含む検出部（２０）と、
少なくとも、上記ガスセンサ素子（２１）の出力を取り出し外部に伝達する信号線（１０１）と該信号線（１０１）の外周を覆う略筒状のケーシング（１２）と上記信号線（１０１）を上記ケーシング（１２）内の所定の位置に固定すると共に該信号線（１０１）と上記ケーシング（２１）との絶縁を図るインシュレータ（１４）とを含む出力部（１０）と、からなり、
上記検出部（２０）内に配設した上記基準電極層（２１６）と上記出力部（１０）内に配設した上記信号線（１０１）とを接続する接続金具（１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を具備するガスセンサ（１）であって、
上記インシュレータ（１４）を、略環状のインシュレータ保持部材（１３３）と上記ケーシング（１２）とによって弾性的に挟持せしめると共に、
上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）が、電気伝導性と弾性とを有する金属材料からなり、
上記固体電解質基体（２１）の基端側で上記基準ガス室（２１４）の内径よりも大きく形成した基端側開口部（２１１）の内周面（２１２）に弾性的に当接して上記基準電極層（２１６）と導通する第１の当接部（１１４）と、
上記基端側開口部（２１１）と上記基準ガス室（２１４）との間に設けられ、上記固体電解質基体（２１０）の内壁が先端側に向かって径小となるように縮径した径変部（２１３）に弾性的に当接して上記基準電極層（２１）と導通する第２の当接部（１１６）と、
上記第１の当接部（１１４）の基端側で、径方向に張り出して上記インシュレータ（１４）の下端面に当接する鍔部（１１３）と、を具備し、
上記第１の当接部（１１４）が、上記固体電解質基体（２１）の内径よりも大きい径（φＤ１）を有する略筒状で、側面の一部が軸方向に切り欠かれた断面略Ｃ字状に形成され、上記固体電解質体（２１）の基端側開口部（２１１）の内壁（２１２）を外径方向に押圧し、
上記第２の当接部（１１６）が、上記第１の当接部（１１４）に連なって形成され、上記径変部（２１３）の最大内径よりも小さく、最小内径よりも大きい外径（φＤ_２）を有する（１１、１１ｂ、１１ｃ）と共に、
二股に分かれ側縁（１１７）が先端に向かって先細りとなった略舌片状に形成され（１１）、又は、
その側面が先端に向かって先細りとなるように傾斜角（θ_Ｔ）を設けて形成され（１１ｂ）、又は、
その側面の一部を舌片状に切り欠いて外周方向に張り出した舌片状接触部が設けられ（１１、１１ｃ）て、上記径変部（２１３）に当接して上記径変部（２１３）の外径方向と軸方向とを弾性的に押圧することを特徴とする（請求項１）。

また、第２の発明では、上記インシュレータ（１４）の側面の少なくとも一部（１４１）を覆う略筒状に形成した弾性部材（１３２）を上記インシュレータ（１４）と上記ケーシング（１２）との間に挿嵌し、上記ケーシング（１２）の側面（１２４）を外側から内側に向かって上記弾性部材（１３２）とともに加締めると共に、上記インシュレータ（１４）と上記ケーシング（１２）とを段付き筒状に形成し、該インシュレータ（１４）の径大となる大径部（１４２）を上記ケーシング（１２）に形成した径変部（１２５）の内側面と弾性を有する金属材料を略環状に形成した上記インシュレータ保持部材（１３３）とによって挟持する（請求項２）。

第３の発明は、被測定ガス中の特定ガス成分の検出を行う請求項１又は２に記載のガスセンサ（１）の製造方法において、特定のイオン伝導性を有する固体電解質材料を一端が開口し他端が閉塞する略有底筒状に形成し、その対向する表面に多孔質金属膜からなる測定電極層（２１７）と基準電極層（２１６）とを形成しガスセンサ素子（２１）となし、該ガスセンサ素子（２１）とその一部を被測定ガス中に配設・固定するハウジング（２２）とによって検出部（２０）を形成する検出部形成工程と、信号線（１０１）と、上記ガスセンサ素子（２１）の基端部（２１１）の内径よりも僅かに大きな径（φＤ _１）を有し弾性的に変形可能な第１の当接部（１１４）と上記基端部（２１１）の開口径よりも小さな径（φＤ _２）を有し弾性的に変形可能な第２の当接部（１１６）とを具備し、上記信号線（１０１）に接続される接続金具（１１）とをインシュレータ（１４）を介してケーシング（１２）内で固定して出力部（１０）を形成する出力部形成工程と、上記接続金具（１１）を上記固体電解質体（２１０）に挿入すると共に上記検出部（２０）と上記出力部（１０）とを組付けて上記ガスセンサ（１）を形成するガスセンサ組付工程と、を具備することを特徴とする（請求項３）。

第１の発明によれば、上記インシュレータ（１４）が上記ケーシング（１２）と上記保持部材（１３３）によって軸方向に対して弾性的に拘束され、上記接続金具（１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）の鍔部（１１３）が上記インシュレータ（１４）に弾性的に当接しつつ、上記第１の当接部（１１４）が上記固体電解質基体（２１）の内周壁（２１１）に対して径方向に弾性的に当接し、上記第２の当接部（１１６）が上記固体電解質基体（２１）の上記基端側開口部（２１１）と上記基準ガス室（２１７）との間に設けた径変部（２１３）に対して径方向と軸方向との両方向に対して弾性的に当接しているので、外部からの振動が伝達された時に、径方向の振動に対しては上記第１の当接部（１１４）と上記第２の当接部（１１６）とが弾性的に変形し、径方向の振動が吸収され、軸方向に対しては、上記第２の当接部（１１６）が先端に向かって径小となる径変部（２１３）に当接しているため、径方向のみならず軸方向にも弾性的に押圧しており、加えて、上記鍔部（１１３）が上記インシュレータ（１４）の下端面に弾性的に当接しているので、軸方向の振動があった場合に、上記第２の当接部（１１６）が弾性的に変形し、振動が吸収される。
したがって、自動二輪車等の外部から振動の大きい燃焼機関の燃焼排気中の特定ガス成分の濃度を検出して燃焼制御や排気浄化制御を行うガスセンサにおいても、上記第１の当接部（１１４）と上記第２の当接部（１１６）との少なくともいずれか一方が上記基準電極層（２１６）と接触した状態に保たれるので、外部からの振動によって上記基準電極層（２１６）と上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）との接触不良が起こり難くなり、信頼性が向上する。
加えて、第２の当接部（１１６）が、上記径変部（２１３）の最大内径よりも小さく、最小内径よりも大きい外径（φＤ _２）を有するので、組み付け時に上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）の第２の当接部（１１６）を上記径変部（２１３）へ挿入し易い。

第２の発明によれば、上記弾性部材（１２４）が径方向の振動に対して弾性的に変形するため、径方向の振動が吸収され、上記ケーシング（１２）内において上記インシュレータ（１４）が安定した位置に保持される、また、上記インシュレータ保持部材（１３３）が軸方向の振動に対して弾性的に変形するため、軸方向の振動が吸収される。
したがって、外部からの振動が上記インシュレータ（１４）を介して上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）に伝達され難くなるので上記基準電極層（２１６）と上記接続金具（１、１１ｂ、１１ｃ）との接触不良がさらに抑制され、信頼性の高いガスセンサが実現できる。

第３の発明によれば、上記検出部（２０）と上記出力（１０）とを組付けた時、上記第２の当接部（１１６）が上記ガスセンサ素子（２１）に挿入される際にガイドとして作用するので組付け作業が容易となる。
加えて、上記第２の当接部（１１６）が弾性的に変形しながら上記ガスセンサ素子（２１）内に挿入されるので、組付け時にガスセンサ素子（２１）の破損が回避できる。
したがって、外部からの振動に対して信頼性の高い請求項１又は２に記載のガスセンサ（１）の製造が容易となり、製造コストの削減が可能となる。

本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの概要を表す断面図。（ａ）は、本発明の第１の実施形態における要部である接続金具の斜視図、（ｂ）本発明の作用効果を説明する要部断面図。（ａ）から（ｄ）に、本発明の第１に実施形態におけるガスセンサに用いられる接続金具の変形例を示す正面図及び横断面図。本発明のガスセンサの製造方法において、出力部の組付け方法の概要を示し、（ａ）は、出力部の組み付け手順を示す断面図、（ｂ）は、出力部の組付け途中における要部断面図、（ｃ）は、出力部の組付状態における断面図。本発明のガスセンサの製造方において、検出部の組付け方法の概要を示し、（ａ）は、検出部の組み付け手順を示す断面図、（ｂ）は、検出部の組付状態における断面図。本発明に第１の実施形態におけるガスセンサの製造方法において、出力部と検出部との組み付け方法の概要を示す断面図。

本発明は、例えば、自動二輪車用エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路において内燃機関の排気筒に近い位置に載置され、燃焼排気の高い温度を利用してガスセンサ素子を活性化するヒータレスタイプのガスセンサであり、燃焼排気中に存在する酸素や水素等の特定ガス成分の濃度等を検出し、空燃比、ＮＯｘ濃度等を算出して、内燃機関の燃焼を制御したり、排ガス処理装置の運転を制御したりすることに用いられるガスセンサに好適なものである。被測定ガス中の特定ガス成分として酸素濃度を検出する酸素センサを例として、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ１の全体を示す断面図である。なお、以下の説明において、図の上方を基端側、下方を先端側又は流路側と称す。図１に示すように、ガスセンサ１は、被測定ガスの流れる被測定ガス流路３００の流路壁３０に装着され、先端側が被測定ガス流路３００内に露出され、基端側で外部に設けた図略の電子制御装置に接続されている。
ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の内側に導入された大気と外側を流れる被測定ガス中との酸素濃度勾配によって発生した電位差を検出する検出部２０と検出された電位差を出力信号として取り出し、外部に設けた図略の制御装置に伝達する出力部１０とによって構成されている。

本発明の要部である出力部１０は、後述する検出部１０からの出力を安定して取り出すべく、外部からの振動を吸収して、接触不良による出力異常を起こり難くなっている。
出力部１０は、後述するガスセンサ素子２１の基準電極層２１６に接続される接続金具１１と、接続金具１１に接続され外部に設けられた電子制御装置に信号を伝達する信号線１０１と、接続金具１１と信号線１０１の先端部と所定の位置に保持しつつ、その周囲を覆って保護するケーシング１２と、接続金具１１とケーシング１２との絶縁を確保するインシュレータ１４と、信号線１０１をケーシング１２の中心に保持すると共にケーシング１２の基端側を封止する封止部材１３０と、ケーシング１２に設けた大気導入孔１２２から大気導入しつつ、水滴の侵入を阻止する撥水フィルタ１３１と、インシュレータ１４とケーシング１２との間に介装されインシュレータ１４の振動を抑制する弾性部材１３２と、インシュレータ１４をケーシング１２内で弾性的に固定するインシュレータ保持金具１３３とによって構成されている。

接続金具１１は、ステンレスやＮｉ基合金（例えば、インコネル（商標））などの、電導性で、かつ、弾性に富んだ金属材料を用いて形成され、信号線１０１の絶縁被覆部に嵌着される筒状の固定部１１１と、信号線１０１の芯線１０２と接続金具１１との導通を図る圧着部１１２と、径方向に張り出してインシュレータ１４の下端面に当接する鍔部１１３と、固体電解質基体２１の基端部２１１の内周面２１２に弾性的に当接して基準電極層２１６と接続金具１１との導通を図る第１の当接部１１４と、固体電解質基体２１の径変部２１３に弾性的に当接して基準電極層２１６と接続金具１１との導通を図る第２の当接部１１６とを具備している。

ケーシング１２は、ステンレス等の金属材料からなり、基端側には径小となる小径部１２１が形成され、先端側には、径大となる大径部１２６が形成され小径部１２１と大径部１２６との間には小径部１２１より僅かに径大となる中径部１２４が形成され、小径部１２１から中径部１２４へと拡径される径変部１２３と、中径部１２４から大径部１２６へと拡径される径変部１２５とが形成された段付き筒状に形成されている。小径部１２１の側面には複数の大気導入孔１２２が穿設されている。ケーシング１２の基端側に設けた小径部１２１の開口は、耐熱性ゴムなどの弾性部材からなる封止部材１３０によって信号線１０１を挿通、保持しつつ、水密性を維持して封止されている。ケーシング１２の中央には絶縁材料からなるインシュレータ１４が収納保持されている。ケーシング１２の先端側は、後述するハウジング２２のボス部２２１に挿嵌され、固着部１２７にて、圧入、加締め溶接等の固着手段によって固定されている。

インシュレータ１４は、高純度アルミナ等の絶縁性材料からなり、基端側には、径小となるインシュレータ小径部１４１が形成され、中腹には、最も径大となるインシュレータ大径部１４２が形成され、先端側には、やや径小となるインシュレータ中径部１４３が形成され、中心に信号線１０１が挿入される軸孔１４４、１４５が形成された段付き筒状に形成されている。
インシュレータ１４は、信号線１０１とケーシング１２との電気的絶縁を図ると共に、信号線１０１をケーシング１２内の所定の位置に保持している。
インシュレータ小径部１４１には、略筒状の撥水フィルタ１３１が挿嵌され、さらに、撥水フィルタ１３１とケーシング小径部１２１との間には、耐熱性のゴム等からなる筒状弾性部材１３２が挿入され、ケーシング小径部１２１の加締めによって、インシュレータ小径部１４１がケーシング小径部１２１との水密性を維持しつつ、弾性的に保持固定され、径方向の振動が抑制されている。
インシュレータ１４の大径部１４２は、略環状の保持金具１３３とケーシング１２の径変部１２５とによって弾性的に挟持されて軸方向の振動が抑制されている。
なお、インシュレータ中径部１４３、軸孔小径部１４４は必須ではなく、コストダウンのためにこれらを廃して、インシュレータ小径部１４１とインシュレータ大径部１４２と軸孔１４５とからなる、より簡易な形状の段付き筒状に形成してもよい。
インシュレータ中径部１４３は組付け時に保持金具１３３の位置決めが目的で設けたものであるが、これを廃してもケーシング１２内にインシュレータ１４を組付けることは可能である。
また、軸孔小径部１４４は、接続金具１１の抜け止めが目的であるが、軸孔小径部１４４を廃した場合には、鍔部１１３によって抜け止めの機能が発揮される。

検出部２０は、ガスセンサ素子２１と、ガスセンサ素子２１をその内側に保持固定するハウジング２２とハウジング２２の先端側に設けられガスセンサ素子２１の被測定ガスに晒される部分を保護するカバー体２３とによって構成されている。
ガスセンサ素子２１は、例えば、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて、基端側が開口し、先端側が閉塞する有底筒状に形成された固体電解質基体２１０と、固体電解質基体２１０の内周表面と外周表面とに形成された、白金又は白金合金からなる多孔質な基準電極層２１６と測定電極層２１７とによって形成されている。固体電解質基体２１０の内側は基準ガス導入室２１４となり、固体電解質基体２１０の中腹には、外側に向かって拡径された基体係止部２１５が形成されている。
固体電解質基体２１０の基端側開口部２１１の内径は、基準ガス室２１４の内径よりも大きく形成され、基端側開口部２１１と基準ガス室２１４との間には固体電解質気体２１０の内壁が先端側に向かって縮径された径変部２１３が形成されている。

ガスセンサ素子２１は、ステンレス等の耐熱性金属材料によって略筒状に形成されたハウジング２２に挿入され、基体係止部２１４がハウジング２２の内側が縮径されたハウジング係止部２２５に係止され、金属製シール部材２４０、絶縁性粉末シール部材２４１、絶縁性保持部材２４２、金属製封止部材２４３等を介してハウジング加締め部２２６、２２７を加締めて固定されている。測定電極層２１７は、金属製シール部材２４０を介してハウジング２２と電気的に導通状態となっておいる。
ハウジング２２の外周には、ネジ部２２４が形成され、被測定ガス流路壁面３０にガスケッ２４４を介して螺結され、ガスセンサ素子２１の先端部を被測定ガス流路３００中に晒した状態で保持している。測定電極層２１７はハウジング２２を介して被測定ガス流路壁面３０をグランドとして接地状態となっている。
ハウジング２２の基端側にはボス部２２１が形成され、ケーシング１２の先端側に設けた大径部１２６がボス部２２１に挿嵌されレーザ溶接１２７等により固着されている。
さらに、ガスセンサ素子２１の被測定ガスに晒される部位は、これを保護する略ハット型のカバー体２３によって覆われている。カバー体２３の基端側にはフランジ部２３１が形成され、ハウジング２２の先端に設けられたカバー体加締め部２２８によって加締め固定されている。
カバー体２３の側面並びに底面には、被測定ガスをカバー体内に導入、導出するための開口２３２が適宜穿設されている。

図２を参照して、本発明の要部である接続金具１１について詳述すると共に、本発明の効果について説明する。
図２（ａ）は、信号線１０１に圧着された状態における接続金具１１の斜視図、（ｂ）は、本発明の効果を説明するために示す要部拡大断面図である。
固定部１１１は、信号線１１１の絶縁被覆を覆うように加締められて接続金具１１を信号線１０１に固定している。
固定部１１１に連なって設けられた圧着部１１２は、略筒状に形成され、内側に信号線１０１の芯線１０２が挿入された状態で圧着され、信号線１０１と接続金具１１との導通を図っている。
さらに、圧着部１１２の先端側に連なって形成された第１の当接部１１４は、固体電解質基体２１の基端部２１１の内径よりも僅かに大きい径（φＤ_１）で略筒状に形成され、側面の一部が軸方向に切り欠かれて断面略Ｃ字状となっている。
第１の当接部１１４の基端側には径方向に張り出す鍔部１１３が形成され、第１の当接部１１４の先端側は、先端側に向かって先細りとなるように傾斜部１１５が形成されている。
また、第１の当接部１１４に連なって形成された第２の当接部１１６は、二股に分かれ、側縁１１７が先端に向かって先細りとなった略舌片状に形成されており、その外径は固体電解質基体２１の先端部２１１の開口径よりも小さい径（φＤ_２）に形成されている。

図２（ｂ）に示すように、第１の当接部１１４は、固体電解質基体２１の基端部２１１の開口に対して縮径されながら挿嵌されているので、固体電解質基体２１の内側に挿嵌された状態では第１の当接部１１４が内周面２１２を外径方向に弾性的に押圧している（本図Ｐ_２参照）。
さらに、第２の当接部１１６は、固体電解質基体２１の内側に形成されている径変部２１３を外径方向のみならず軸方向に対しても弾性的に押圧している（本図Ｐ_１参照）。
このため、内周面２１２の表面に形成された基準電極層２１６との導通を第１の当接部１１４と第２の当接部１１６との２カ所で確保されるために外部からの振動によって基準電極層２１６と接続金具１１との接触不良が起こり難くなっている。
また、インシュレータ１４の大径部１４２の上面と下面とがそれぞれ径変部１２５と固定金具１３３とに当接し、さらに、接続金具１１の鍔部１１３とインシュレータ１４の下端面とが当接し、弾性的に拘束されているので、インシュレータ１４の軸方向の振動が抑制されている（本図Ｐ_３、Ｐ_４、Ｐ_５参照）。
さらに、インシュレータ１４の小径部１４１は、その径方向の振動が弾性部材１２４によって吸収されている（本図Ｐ_６参照）。

図３（ａ）〜（ｄ）に、接続金具１１、参考例１１ａ、及び、接続金具１１の変形例として接続金具１１ｂ、１１ｃを示す。
本図（ａ）に示す接続金具１１では、第２の当接部１１６が、二股に分かれて、側縁が先端に向かって先細りとなった略舌片状に形成されている。このような形状とすることにより、舌片状の接触部が基準電極層２１６を外径方向に押圧するので、接触不良が起こり難くできる。
本図（ｂ）に参考例として示す接続金具１１ａでは、第２の当接部１１６ａの外径（φＤ２ａ）を固体電解質基体２１の径変部２１３の最大内径より小さく最小内径も僅かに大きく、一部を切り欠いて断面略Ｃ字形の筒状に形成してある。
さらに、本図（ｃ）に示す接続金具１１ｂでは、本図（ｂ）と同様の構成に加えて、第２の当接部１１６ｂの側面を先端に向かって先細りとなるように傾斜角θ_Ｔを設けて形成してある。このような形状とすることによって、上記実施形態と同様の効果に加え、組み付け時に第２の当接部１１６ｂを径変部２１３へ挿入し易くなり、さらに、基準電極層２１６と第２の当接部１１６ｂとの接触面積が広がり、接触不良が起こり難くできる。
また、本図（ｄ）に示すように、接続金具１１ｃでは、鍔部１１３ｃの基端側に延設して一部切り欠き略筒状でインシュレータ１４の先端側開口に挿通可能な圧入部１１８が形成されている。このような形状とすることによって、上記実施形態と同様の効果に加え、インシュレータ１４の先端側開口に圧入部１１６がしっかりと固定される。したがって、軸方向の振動に対して、接続金具１１ｃの動きがさらに抑制され、基準電極層２１６と接続金具１１ｃとの接触不良が起こり難くできる。
また、第１の当接部１１４及び第２の当接部１１６の側面の一部を舌片状に切り欠いて外周方向に張り出した舌片状接触部を設けても良い。このような形状とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、舌片状接触部が基準電極層２１６を外径方向に押圧するので、さらに接触不良が起こり難くできる。
なお、接続金具１１、１１ｂ、１１ｃにおいて、芯線１０２との接触導通をより確実にすべく、圧着部１１２を端部に向かって傾斜的に肉厚を薄肉に形成したり、櫛歯状に形成したり、セレーションを設けたりしても良い。

ここで、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの製造方法の概要について説明する。図４（ａ）に示すように、封止部材１３０に挿入した信号線１０１を先端側に引き出し、ケーシング１２、弾性部材１３２、撥水フィルタ１３１、インシュレータ１４、固定金具１３３、接続金具１１の順に配設し、次に本図（ｂ）に示すようにケーシング１２内にインシュレータ１４、撥水フィルタ１３１、弾性部材１３２を固定金具１３３によってインシュレータ１４を介した状態で所定の位置に保持させ、さらに固定部１１１及び圧着部１１２で信号線１０１、芯線１０２をそれぞれ加締め固定し、基端側に引き戻すことによって、本図（ｃ）に示すように、接続金具１１と接続状態となった信号線１０１がケーシング１２内にインシュレータ１４、撥水フィルタ１３１、弾性部材１３２、封止部材１３０を介した状態で保持され、インシュレータ１４は固定金具１３３によって、ケーシング１２内の所定の位置に配設された状態となる。

図５（ａ）に示すように、ハウジング２２の先端側からカバー体２３を組み付けて２２８を加締め、内周表面と外周表面とにそれぞれ基準電極層２１６と測定電極層２１７とを形成した固体電解質基体２１を、ハウジング係止部２２５にシール部材２４０を配した状態のハウジング２２内に挿入し、固体電解質基体２１の基端側に絶縁性粉末シール部材２４１、絶縁性保持部材２４２等を順次配して挿入し、絶縁性保持部材２４２を押さえて絶縁性粉末シール部材２４１の密度を上げたのち、金属製封止部材２４３を配置する。次いで、本図（ｂ）に示すように、ハウジング２２内に固体電解質体２１が配設され、固体電解質体２１の先端がカバー体２３で覆われた状態となる。
なお、絶縁性粉末シール部材は、組付け作業性を向上すべく予め略筒状に成形されて挿入され、絶縁性保持部材２４２を介して周方向に対して均一となるように軸方向に圧力を加えることにより、機密性が向上する。

図６に示すように、ケーシング１２の所定の位置１２１、１２４を加締めることによって、インシュレータ１４がケーシング１２内にしっかりと固定された状態となり、封止部材１３０によって、ケーシング１２の基端部が水密性を確保した状態で封止された出力部１０が完成し、ハウジング２２の所定の位置２２７を加締めることによって、ハウジング２２の所定の位置に固体電解質体２１が固定され検出部２０が完成し、出力部１０と検出部２０とを組み付け、ハウジング２２のボス部２２１とケーシング１２の大径部１２６とをレーザ溶接等により溶着固定すると本発明のガスセンサ１が完成する。このとき、接続金具１１の鍔部１１３がインシュレータ１４の下端面に当接しているのでインシュレータ１４によって押し込められながら固体電解質体２１内に接続金具１１の先端側に設けられた第２の当接部１１６から順に挿入される。第２の当接部１１６は、固体電解質体２１の基端側開口部２１１の開口径よりも小さい径φＤ_２で設けられているので、挿入が容易で、挿入ガイドの役割を果たす。また、第２の当接部１１６は、径変部２１３に接触すると、弾性的に押圧されて容易に縮径しながら挿入されるので、固体電解質体２１を損傷する虞がなく、組み付けの作業性が向上する。
また、第１の当接部１１４の先端側には傾斜面１１５が形成されているので、容易に縮径されながら固体電解質体２１の開口部に挿入され、挿入完了後は、第１の当接部１１４が固体電解質体２１の基端側内周壁２１２を外径方向に押圧している。
より具体的な組付け手順として、例えば、ハウジング２２とカバー体２３とを予め加締めておき、次いでこれにシール部材２４０、固体電解質基体２１、絶縁性粉末シール部材２４１、絶縁性保持部材２４２等を順次配して仮組みし、絶縁性保持部材２４２を押さえて絶縁性粉末シール部材２４１の充填密度をあげ、次いで金属製封止部材２４３を仮組みし、加締め部２２７を押さえながら電流を加えてジュール熱を発生させ軸方向に荷重しつつ大電流を通電することによって所望の部位をジュール熱で発熱させ、一時的に材料を軟化、座屈させ、その後自然冷却に伴う熱収縮力によって加締め力を発現させ、ハウジング２２内において、固体電解質体２１を安定した状態で保持することができる熱加締めによって、加締め部２２６を軸方向に圧縮して固定する。
なお、加締め部２２６は、熱加締めによって発熱し軸方向に座屈するように薄肉に形成されている。

１ガスセンサ
１０出力部
１０１信号線
１０２芯線
１１接続金具
１１１固定部
１１２圧着部
１１３鍔部
１１４第１の当接部
１１６第２の当接部
１２ケーシング
１３０封止部材
１３１撥水フィルタ
１３２弾性部材
１３３固定部材
１４インシュレータ
１４１インシュレータ小径部
１４２インシュレータ大径部
１４３インシュレータ中径部
２０検出部
２１固体電解質体
２１０固体電界質層
２１４基準ガス室
２１６基準電極層
２１７測定電極層
２２ハウジング
２３カバー体
３０被測定ガス流路壁
３００被測定ガス流路

特開２０００−１９３６３１号公報特開２００７−２７８８０６号公報特開２００８−２８０９９５号公報

Claims

基端側が開口し、先端側が閉塞する略有底筒状に形成した固体電解質体（２１０）の内側に基準ガスを導入する基準ガス室（２１４）を設けて、その内側表面に基準ガスに対向する基準電極層（２１６）を具備し他方の表面に被測定ガスに対向する測定電極層（２１７）を具備するガスセンサ素子（２１）の一部を被測定ガス流路（３０）中に配設して被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ（１）において、
少なくとも、上記ガスセンサ素子（２１）と、該ガスセンサ素子（２１）を被測定ガス中に配設・固定すると共に、上記測定電極層（２１７）と電気的に導通し、上記被測定ガス流路（３０）をグランドとして接地状態とするハウジング（２２）とを含む検出部（２０）と、
少なくとも、上記ガスセンサ素子（２１）の出力を取り出し外部に伝達する信号線（１０１）と該信号線（１０１）の外周を覆う略筒状のケーシング（１２）と上記信号線（１０１）を上記ケーシング（１２）内の所定の位置に固定すると共に該信号線（１０１）と上記ケーシング（２１）との絶縁を図るインシュレータ（１４）とを含む出力部（１０）と、からなり、
上記検出部（２０）内に配設した上記基準電極層（２１６）と上記出力部（１０）内に配設した上記信号線（１０１）とを接続する接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）を具備するガスセンサ（１）であって、
上記インシュレータ（１４）を、略環状のインシュレータ保持部材（１３３）と上記ケーシング（１２）とによって弾性的に挟持せしめると共に、
上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）が、電気伝導性と弾性とを有する金属材料からなり、
上記固体電解質基体（２１）の基端側で上記基準ガス室（２１４）の内径よりも大きく形成した基端側開口部（２１１）の内周面（２１２）に弾性的に当接して上記基準電極層（２１６）と導通する第１の当接部（１１４）と、
上記基端側開口部（２１１）と上記基準ガス室（２１４）との間に設けられ、上記固体電解質基体（２１０）の内壁が先端側に向かって径小となるように縮径した径変部（２１３）に弾性的に当接して上記基準電極層（２１）と導通する第２の当接部（１１６）と、
上記第１の当接部（１１４）の基端側で、径方向に張り出して上記インシュレータ（１４）の下端面に当接する鍔部（１１３）と、を具備し、
上記第１の当接部（１１４）が、上記固体電解質基体（２１）の内径よりも大きい径（φＤ１）を有する略筒状で、側面の一部が軸方向に切り欠かれた断面略Ｃ字状に形成され、上記固体電解質体（２１）の基端側開口部（２１１）の内壁（２１２）を外径方向に押圧し、
上記第２の当接部（１１６）が、上記第１の当接部（１１４）に連なって形成され、上記径変部（２１３）の最大内径よりも小さく、最小内径よりも大きい外径（φＤ_２）を有する（１１、１１ｂ、１１ｃ）と共に、
二股に分かれ側縁（１１７）が先端に向かって先細りとなった略舌片状に形成され（１１、１１ｃ）、又は、
その側面が先端に向かって先細りとなるように傾斜角（θ_Ｔ）を設けて形成され（１１ｂ）、又は、
その側面の一部を舌片状に切り欠いて外周方向に張り出した舌片状接触部が設けられ（１１、１１ｃ）て、
上記径変部（２１３）に当接して上記径変部（２１３）の外径方向と軸方向とを弾性的に押圧することを特徴とするガスセンサ。
上記インシュレータ（１４）の側面の少なくとも一部（１４１）を覆う略筒状に形成した弾性部材（１３２）を上記インシュレータ（１４）と上記ケーシング（１２）との間に挿嵌し、上記ケーシング（１２）の側面（１２４）を外側から内側に向かって上記弾性部材（１３２）とともに加締めると共に、
上記インシュレータ（１４）と上記ケーシング（１２）とを段付き筒状に形成し、該インシュレータ（１４）の径大となる大径部（１４２）を上記ケーシング（１２）に形成した径変部（１２５）の内側面と弾性を有する金属材料を略環状に形成した上記インシュレータ保持部材（１３３）とによって挟持することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
被測定ガス中の特定ガス成分の検出を行う請求項１又は２に記載のガスセンサ（１）の製造方法において、
特定のイオン伝導性を有する固体電解質材料を一端が開口し他端が閉塞する略有底筒状に形成し、その対向する表面に多孔質金属膜からなる測定電極層（２１７）と基準電極層（２１６）とを形成しガスセンサ素子（２１）となし、該ガスセンサ素子（２１）とその一部を被測定ガス中に配設・固定するハウジング（２２）とによって検出部（２０）を形成する検出部形成工程と、
信号線（１０１）と、上記ガスセンサ素子（２１）の基端部（２１１）の内径よりも僅かに大きな径（φＤ１）を有し弾性的に変形可能な第１の当接部（１１４）と上記基端部（２１１）の開口径よりも小さな径（φＤ２、φＤ２ａ）を有し弾性的に変形可能な第２の当接部（１１６）とを具備し、上記信号線（１０１）に接続される接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）とをインシュレータ（１４）を介してケーシング（１２）内で固定して出力部（１０）を形成する出力部形成工程と、
上記接続金具（１１、１１ｂ、１１ｃ）を上記固体電解質体（２１０）に挿入すると共に上記検出部（２０）と上記出力部（１０）とを組付けて上記ガスセンサ（１）を形成するガスセンサ組付工程と、を具備することを特徴とするガスセンサの製造方法。