JP2018063188A - ガスセンサの製造方法及びガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ素子を小型化しても、センサ素子毎に付けられた表示部を確実に読み取ることができるガスセンサの製造方法及びガスセンサを提供する。【解決手段】センサ素子１００の表面に付けられ、該センサ素子に関する情報を含む表示部４０を読み取るガスセンサの製造方法であって、センサ素子は自身の先端側及び後端側が主体金具３０の先端及び後端からそれぞれ突出し、センサ素子と主体金具との間には、主体金具の後端部が内側に屈曲してなる加締め部３０ａによって固定される筒状の絶縁ホルダ３９が配置され、絶縁ホルダの後端向き面は加締め部の後端よりも先端側に位置しており、表示部の少なくとも一部は、加締め部と絶縁ホルダとの間におけるセンサ素子の表面に付けられており、センサ素子の軸線Ｏに交差する方向であって、加締め部と絶縁ホルダとの間の表示部の全体が視認できる方向から表示部を読み取る。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサの製造方法及びガスセンサに関する。

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。図３に示すように、このガスセンサは、軸線Ｏ方向に延びるセンサ素子１０００を主体金具３０に組み付けた中間品１０００ｘに、図示しない外筒や端子金具等を配置して製造されている。センサ素子１０００は、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とを有する検知部１０００ａを備え、ガスセンサの端子金具にリード線を介して接続された図示しないコントローラにより、被検出ガス中の酸素濃度に応じて両電極間に生じる起電力を測定している。

ところで、各電極は一般に金属ペーストを印刷後に焼成して形成されるため、個々のセンサ素子１０００ごとに電極の厚みや寸法が若干変動し、両電極間に生じる起電力等のセンサ特性も若干変動する。このため、個々のセンサ素子１０００ごとにセンサ特性を測定しておき、その情報を記号や文字列等で素子上に印刷している。そして、このセンサ素子１０００を組み上げたガスセンサにコントローラを接続する際に、このセンサ情報を読み取り、コントローラの校正（出力値補正やランク補正）を行っている。
このように、生産工程において、個々の中間品ごとにその特性や製品種別等の情報を印字し、ＣＣＤカメラ等で読み取って工程管理することは広く行われている（特許文献１参照）。

特開２０００−６７７８５号公報（図７）

図３に示したように、中間品１０００ｘにおいて、センサ素子１０００の周囲は主体金具３０で覆われると共に、センサ素子１０００の先端側の検知部１０００ａはプロテクタ２４で覆われている。又、センサ素子１０００の後端側には、端子金具に接続される電極パッド１２１０、１２２０が形成されている。
このため、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａから突出してセンサ素子１０００を囲む絶縁ホルダ３００と、電極パッド１２１０、１２２０との間のセンサ素子１０００の表面にセンサ情報の印字部４００を設けている。そして、ＣＣＤカメラ５００により水平方向から印字部４００を読み取っている。

しかしながら、ガスセンサの小型化やコストダウンを図るため、センサ素子１０００の全長を短くすることが要望されており、印字部４００として利用できるスペースが限られてくるという問題がある。一方で、印字部４００を正確に読み取るためには、ある程度の印字部４００の大きさが必要である。
そこで、本発明は、センサ素子を小型化しても、センサ素子毎に付けられた表示部を確実に読み取ることができるガスセンサの製造方法及びガスセンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びるセンサ素子の表面に付けられ、該センサ素子に関する情報を含む表示部を読み取るガスセンサの製造方法であって、前記センサ素子は筒状の主体金具の内側に挿通配置され、自身の先端側及び後端側が該主体金具の先端及び後端からそれぞれ突出し、前記センサ素子と前記主体金具との間には、前記主体金具の後端部が内側に屈曲してなる加締め部によって、後端側から先端側へ向かって押圧された状態で固定される筒状の絶縁ホルダが配置され、前記絶縁ホルダの後端向き面は前記加締め部の後端よりも先端側に位置しており、前記表示部の少なくとも一部は、前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けられており、前記センサ素子の前記軸線に交差する方向であって、前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間の前記表示部の全体が視認できる方向から該表示部を読み取ることを特徴とする。

このガスセンサの製造方法によれば、絶縁ホルダの後端向き面は加締め部の後端よりも先端側に位置しているため、加締め部と絶縁ホルダの後端向き面との間のセンサ素子の表面に表示部の少なくとも一部を付けることで、表示部として利用できるスペースを確保し、表示部をある程度の大きさとして表示部を確実に読み取ることができる。このように、表示部となるスペースを確保できる分だけ、センサ素子を短くしてガスセンサの小型化やコストダウンを実現できると共に、センサ素子が短くなるので反りが小さくなり、反りによる表示部の読み取りエラーも抑制できる。
そして、軸線と交差する方向であって、加締め部と絶縁ホルダとの間の表示部の全体が視認できる方向から表示部を読み取ることで、表示部が加締め部の影となって隠れない方向に表示部のすべてが現れるので、このすべての表示部の情報を確実に読み取ることができる。

本発明のガスセンサの製造方法において、前記加締め部よりも後端側における前記センサ素子の表面に電極パッドが形成され、前記表示部は、前記電極パッドと前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けられていてもよい。
このガスセンサの製造方法によれば、センサ素子のうち表示部として利用できるスペースを有効に利用することができる。

本発明のガスセンサは、筒状の主体金具と、軸線方向に延びて前記主体金具の内側に挿通配置され、自身の先端側及び後端側が該主体金具の先端及び後端からそれぞれ突出するセンサ素子と、前記センサ素子と前記主体金具との間に配置される筒状の絶縁ホルダであって、前記主体金具の後端部が内側に屈曲してなる加締め部によって、後端側から先端側へ向かって押圧された状態で固定される筒状の絶縁ホルダと、を有し、前記絶縁ホルダの後端向き面は前記加締め部の後端よりも先端側に位置しており、前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に、該センサ素子に関する情報を含む表示部の少なくとも一部が付けられていることを特徴とする。
このガスセンサによれば、絶縁ホルダの後端向き面は加締め部の後端よりも先端側に位置しているため、加締め部と絶縁ホルダの後端向き面との間のセンサ素子の表面に表示部の少なくとも一部を付けることで、表示部として利用できるスペースを確保し、表示部をある程度の大きさとして表示部を確実に読み取ることができる。このように、表示部となるスペースを確保できる分だけ、センサ素子を短くしてガスセンサの小型化やコストダウンを実現できると共に、センサ素子が短くなるので反りが小さくなり、反りによる表示部の読み取りエラーも抑制できる。

本発明のガスセンサにおいて、前記加締め部よりも後端側における前記センサ素子の表面に電極パッドが形成され、前記表示部は、前記電極パッドと前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けられていてもよい。
このガスセンサによれば、センサ素子のうち表示部として利用できるスペースを有効に利用することができる。

この発明によれば、センサ素子を小型化しても、センサ素子毎に付けられた表示部を確実に読み取ることができるガスセンサが得られる。

本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）の軸線方向に沿う断面図である。 ガスセンサの中間品、及びその表示部を読み取る態様を示す部分断面図である。 従来のガスセンサの中間品、及びその印字部を読み取る態様を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の軸線Ｏ方向に沿う断面図、図２はガスセンサ１の中間品１ｘの部分断面図である。

図１に示すように、ガスセンサ１は、軸線Ｏ方向に延びる板状のセンサ素子１００、自身の内部に挿通配置されたセンサ素子１００を保持する筒状の主体金具３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。
センサ素子１００は、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とを有する検知部１００ａを先端側に備え、電極パッド１２１、１２２を後端側に備えている。

主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、第１滑石３７、第２滑石３８が先端側から順に配置されている。
金属ホルダ３４内で第１滑石３７が圧縮充填されることによって、センサ素子１００は金属ホルダ３４に対して固定される。また、主体金具３０内で第２滑石３８が圧縮充填されることによって、センサ素子１００の表面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ（絶縁ホルダ）３９が配置されている。このスリーブ３９は後端向き面が平坦な円筒状に形成されており、軸線Ｏに沿うように軸孔３９ａが設けられ、内部にセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材５５を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。

また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するセンサ素子１００の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔を有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には外側プロテクタ４１よりも小径で有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。

一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、セパレータ５０の鍔部５０ａに係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。

また、セパレータ５０には、リード線１１〜１５を挿入するための挿通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４、１５については図示せず）。挿通孔５０ｂ内には、リード線１１〜１５と、電極パッド１２１、１２２とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１〜１５は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等のコントローラ（外部機器）と各リード線１１〜１５とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１〜１５は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。

さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１〜１５をそれぞれ挿入するための挿通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。

次に、本発明のガスセンサ１の特徴部分であるスリーブ３９及び表示部４０について説明する。図２に示すように、中間品１ｘにおいて、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａにより、リング部材５５を介してスリーブ３９が先端側に押圧されている。ここで、スリーブ３９の後端向き面３９ｅが平坦であるため、スリーブ３９の後端向き面３９ｅは、加締め部３０ａの後端よりもほぼ加締め部３０ａ及びリング部材５５の厚み分だけ先端側に位置している。
従って、例えば図３の従来のセンサ素子１０００（図２の素子後端側の破線）に比べ、本実施形態のセンサ素子１００の軸線Ｏ方向の長さを短くしても、加締め部３０ａとスリーブ３９の後端向き面３９ｅとの間のセンサ素子１００の表面を露出させることができる。

このため、加締め部３０ａとスリーブ３９の後端向き面３９ｅとの間のセンサ素子１００の表面に表示部４０の少なくとも一部を付けることで、表示部４０として利用できるスペースを確保し、表示部４０をある程度の大きさとして表示部４０を確実に読み取ることができる。
そして、センサ素子１００を短くした場合には、ガスセンサ１の小型化やコストダウンを実現できると共に、センサ素子１００が短くなるので反りが小さくなり、反りによる表示部４０の読み取りエラーも抑制できる。

なお、表示部４０としては、記号、文字列、数字、バーコード等が挙げられ、その印字方法は、印刷、レーザ刻印等が挙げられる。又、表示部４０に含まれる情報は、個々のセンサ素子１００に関する情報であればよく、例えば、個々のセンサ素子１００ごとの起電力等のセンサの出力特性、センサの種類、出力特性に応じたランク値が挙げられる。

そして、本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法では、軸線Ｏと角度θで交差する方向Ｒであって、加締め部３０ａとスリーブ３９との間の表示部４０の全体が視認できる方向Ｒから表示部４０をＣＣＤカメラ５００等で読み取る。
これにより、表示部４０が加締め部３０ａの影となって隠れない方向Ｒに表示部４０のすべてが現れるので、このすべての表示部４０の情報を確実に読み取ることができる。
そして、表示部４０の情報を読み取った後、このセンサ素子１００を組み上げたガスセンサにコントローラを接続する際に、このセンサ情報に基づいてコントローラの校正（出力値補正やランク補正）を行えばよい。

なお、本実施形態では、表示部４０は、先端側の電極パッド１２２とスリーブ３９の後端向き面３９ｅとの間におけるセンサ素子１００の表面に付けられている。これにより、センサ素子１００のうち表示部４０として利用できるスペースを有効に利用することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、例えば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。又、センサ素子は板状に限らず、筒状であってもよい。
又、表示部４０とＣＣＤカメラ５００とは軸線Ｏに対して相対的に交差していればよい。例えばセンサ素子１００を含む中間品１ｘを水平方向に搬送してＣＣＤカメラ５００の光軸を軸線Ｏに対して角度θとしてもよく、ＣＣＤカメラ５００の光軸を水平にし、センサ素子１００を含む中間品１ｘを軸線Ｏに対して角度θで傾けた状態で搬送してもよい。

１ ガスセンサ
３０ 主体金具
３０ａ 加締め部
３９ 絶縁ホルダ（スリーブ）
３９ａ 絶縁ホルダの後端向き面
４０ 表示部
１００ センサ素子
１２１、１２２ 電極パッド
Ｏ 軸線
Ｒ 軸線に交差する方向

Claims (4)

1. 軸線方向に延びるセンサ素子の表面に付けられ、該センサ素子に関する情報を含む表示部を読み取るガスセンサの製造方法であって、
   前記センサ素子は筒状の主体金具の内側に挿通配置され、自身の先端側及び後端側が該主体金具の先端及び後端からそれぞれ突出し、
   前記センサ素子と前記主体金具との間には、前記主体金具の後端部が内側に屈曲してなる加締め部によって、後端側から先端側へ向かって押圧された状態で固定される筒状の絶縁ホルダが配置され、
   前記絶縁ホルダの後端向き面は前記加締め部の後端よりも先端側に位置しており、
   前記表示部の少なくとも一部は、前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けられており、
   前記センサ素子の前記軸線に交差する方向であって、前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間の前記表示部の全体が視認できる方向から該表示部を読み取ることを特徴とするガスセンサの製造方法。
2. 前記加締め部よりも後端側における前記センサ素子の表面に電極パッドが形成され、前記表示部は、前記電極パッドと前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けられてい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. 筒状の主体金具と、
   軸線方向に延びて前記主体金具の内側に挿通配置され、自身の先端側及び後端側が該主体金具の先端及び後端からそれぞれ突出するセンサ素子と、
   前記センサ素子と前記主体金具との間に配置される筒状の絶縁ホルダであって、前記主体金具の後端部が内側に屈曲してなる加締め部によって、後端側から先端側へ向かって押圧された状態で固定される筒状の絶縁ホルダと、を有し、
   前記絶縁ホルダの後端向き面は前記加締め部の後端よりも先端側に位置しており、
   前記加締め部と前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に、該センサ素子に関する情報を含む表示部の少なくとも一部が付けられていることを特徴とするガスセンサ。
4. 前記加締め部よりも後端側における前記センサ素子の表面に電極パッドが形成され、前記表示部は、前記電極パッドと前記絶縁ホルダとの間における前記センサ素子の表面に付けら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。

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