(57)【要約】      （修正有）【課題】同一形状で異種の主体金具を確実に判別してセンサ素子に組み付けることができるガスセンサの製造方法を提供する。【解決手段】軸線Ｏ方向に延び、検知部が形成されたセンサ素子と、センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具１１と、を備えたガスセンサの製造方法であって、主体金具の先端向き面又は後端向き面１１ｅにおいて、軸線方向の光を反射する反射面１１ｒと、反射面の径方向内側に接続され、反射面よりも光の反射率が低いテーパ面１１ｔとが形成され、光を照射したときに反射面に比べて暗部となるテーパ面の輪郭の画像を取得し、該輪郭に基づき、主体金具の種別を判別する主体金具判別工程と、主体金具判別工程で判別された主体金具に対応する種別のセンサ素子を組み付ける組付工程と、を有する。【選択図】図２
2019138679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、先端側にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、
前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、
を備えたガスセンサの製造方法であって、
前記主体金具の先端向き面又は後端向き面において、前記軸線方向の光を反射する反射面と、前記反射面の径方向内側に接続され、前記反射面よりも前記光の反射率が低いテーパ面とが形成され、
前記光を照射したときに前記反射面に比べて暗部となる前記テーパ面の輪郭の画像を取得し、該輪郭に基づき、前記主体金具の種別を判別する主体金具判別工程と、
前記主体金具判別工程で判別された前記主体金具に対応する種別の前記センサ素子を組み付ける組付工程と、
を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【請求項２】
前記反射面の径方向外側に第２テーパ面が形成され、
かつ、前記テーパ面及び前記第２テーパ面が前記軸線方向の同じ向きに窄ま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。
【請求項３】
前記主体金具の後端側に外筒が被せられ、
前記テーパ面及び前記反射面は、前記外筒の内部となる位置に設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子を保持する主体金具を備えたガスセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筒状の主体金具にセンサ素子を組み付けることでガスセンサの製造が行われている（特許文献１）。この主体金具として、求められる耐熱性や強度等に応じて、同一形状であるものの材料の異なる複数種（例えば、ＳＵＳ４３０とＳＵＳ４３０ＬＸ）の主体金具が用いられることがある。
そこで、組み付け工程にて、これら複数種の主体金具を判別できるよう、図５に示すように、主体金具１１０の後端向き面１１０ｂにリング状のＵ溝１１０ｒを形成し、Ｕ溝１１０ｒの上から光を照射して画像処理することで主体金具を区別している。この場合、Ｕ溝１１０ｒの部分で光の反射が少なくなって暗部となるので、Ｕ溝１１０ｒの輪郭画像が得られ、この輪郭に基づき、主体金具１１０の種別を判別することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９１０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図６に示すように、後端向き面１１０ｂでは照射した入射光Ｌ０が反対向きの反射光Ｌ２として明部となる一方、Ｕ溝１１０ｒの側壁の領域Ｒ１では入射光Ｌ０が斜め方向の反射光Ｌ１となるので、入射光Ｌ０側から見て暗部となる。
しかしながら、Ｕ溝１１０ｒの底面の領域Ｒ２では入射光Ｌ０が反射光Ｌ２として若干反射し、Ｕ溝１１０ｒの輪郭となる暗部を若干明るくさせる。このため、隣接する後端向き面１１０ｂの明部とのコントラストを低下させて明暗の輪郭がぼやけ、主体金具１１０の判別が困難になる場合がある。
又、Ｕ溝１１０ｒは後端向き面１１０ｂから凹むため、Ｕ溝１１０ｒを切削加工する際に、切削バイトを軸線方向に何回も上げ下ろしする必要があり、生産性が低下するという問題もある。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、同一形状で異種の主体金具を確実に判別してセンサ素子に組み付け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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延び、先端側にガスを検知する検知部が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、を備えたガスセンサの製造方法であって、前記主体金具の先端向き面又は後端向き面において、前記軸線方向の光を反射する反射面と、前記反射面の径方向内側に接続され、前記反射面よりも前記光の反射率が低いテーパ面とが形成され、前記光を照射したときに前記反射面に比べて暗部となる前記テーパ面の輪郭の画像を取得し、該輪郭に基づき、前記主体金具の種別を判別する主体金具判別工程と、前記主体金具判別工程で判別された前記主体金具に対応する種別の前記センサ素子を組み付ける組付工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このガスセンサの製造方法によれば、テーパ面は軸線方向の一方向（例えば径方向外側に向かって下がる）の斜面形状になっているから、軸線方向の光を照射したとき、テーパ面からの反射光が照射光側に反射することが抑制される。これにより、テーパ面の輪郭となる暗部が明るくなることを抑制する。
その結果、テーパ面の暗部と、隣接する反射面の明部とのコントラストが大きくなり、明暗の輪郭を明瞭とし、主体金具を確実に判別できる。
また、テーパ面は凹部と異なり、反射面に向かって軸線方向の一方向にのみ上下するから、テーパ面を切削加工する際に、切削バイトを軸線方向に何回も上げ下ろしする必要がなく、一方向に動かせばよいので、生産性が向上する。
【０００８】
本発明のガスセンサの製造方法において、前記反射面の径方向外側に第２テーパ面が形成され、かつ、前記テーパ面及び前記第２テーパ面が前記軸線方向の同じ向きに窄まってもよい。
主体金具の角部の面取りや、外筒を外嵌するガイドとして第２テーパ面を設けることがあるが、テーパ面及び第２テーパ面が軸線方向の同じ向きに窄まっていると、テーパ面及び第２テーパ面を切削加工する際に、切削バイトを軸線方向に何回も上げ下ろしする必要がなく、一方向に動かせばよいので、生産性がさらに向上する。
【０００９】
本発明のガスセンサの製造方法において、前記主体金具の後端側に外筒が被せられ、前記テーパ面及び前記反射面は、前記外筒の内部となる位置に設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、引っ掛かりとなるテーパ面がガスセンサの外部に露出しないので、テーパ面に異物等が引っ掛かることを抑制できると共に、段（斜面）となるテーパ面が見えないので、見栄えも良くなる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、同一形状で異種の主体金具を確実に判別してセンサ素子に組み付けてガスセンサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるガスセンサの製造方法によって製造されたガスセンサの断面図である。
【図２】主体金具の軸線方向の断面図である。
【図３】主体金具のテーパ面による光の反射状態を示す断面図である。
【図４】主体金具のテーパ面による光の反射状態を示す上面図である。
【図５】従来の主体金具の断面図である。
【図６】従来の主体金具のＵ溝による光の反射状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるガスセンサの製造方法によって製造されたガスセンサの断面図、図２は主体金具の断面図、図３は主体金具のテーパ面による光の反射状態を示す断面図である。図４は主体金具のテーパ面による光の反射状態を示す上面図である。
【００１３】
図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子２１と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子２１を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、を備えている。
センサ素子２１のうち、検知部２２が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ３０より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子２１は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
なお、センサ素子２１の後端２９を含む後端２９寄り部位はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端２９寄り部位に形成された各電極端子２４に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、この電極端子２４を含むセンサ素子２１の後端２９寄り部位は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。
【００１４】
センサ素子２１は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、検知用電極等（図示せず）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子２１の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミック（固体電解質等）を主体として細長いものとして形成されている。このセンサ素子２１自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質（部材）の先端寄り部位に検知部２２をなす一対の検知用電極が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。また、本例では、センサ素子２１のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位内部にヒータ（図示せず）が設けられており、後端寄り部位には、このヒータへの電圧印加用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極端子２４は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子２１の後端２９寄り部位において、帯板の幅広面（両面）に３つ又は２つの電極端子が横に並んでいる。
なお、センサ素子２１の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。
【００１５】
主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述するプロテクタ５１、６１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形部１４を備えている。また、この多角形部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１５が連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット１９が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１７を有している。
さらに、主体金具１１の円筒部１５の後端側に後端向き面１１ｅが形成され、後端向き面１１ｅには、後述する反射面１１ｒ及びテーパ面１１ｔが形成されている。
【００１６】
主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１７に係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子２１が略隙間なく通るように、センサ素子２１の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。
【００１７】
センサ素子２１は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子２１の先端をセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子２１の先端部位は、本形態では、２層構造からなり、共にそれぞれ通気孔（穴）５６、６７を有する有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１，６１で覆われている。このうち内側のプロテクタ５１の後端が、主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔５６はプロテクタ５１の後端側で周方向において例えば８箇所設けられている。一方プロテクタ５１の先端側にも、周方向において例えば４箇所、排出穴５３が設けられている。
また、外側のプロテクタ６１は、内側のプロテクタ５１に外嵌して、同時に円筒部１２に溶接されている。外側のプロテクタ６１の通気孔６７は、先端寄り部位に、周方向において例えば８箇所設けられており、また、プロテクタ６１先端の底部中央にも排出孔６９が設けられている。
【００１８】
又、図１に示すように、センサ素子２１の後端２９寄り部位に形成された各電極端子２４には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１５に外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、この小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。
【００１９】
因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。
【００２０】
次に、図２〜図４を参照し、主体金具１１の後端向き面１１ｅにおける、反射面１１ｒ、テーパ面１１ｔ、及び第２テーパ面１１ｔ２について説明する。
本実施形態では、後端向き面１１ｅ及び反射面１１ｒは、軸線Ｏ方向に垂直な水平面として構成されており、軸線Ｏ方向から照射した入射光Ｌ０（図３）を反射するようになっている。一方、テーパ面１１ｔは後端側に窄まる斜面形状に形成されると共に、反射面１１ｒの径方向内側に接続され、反射面１１ｒよりも入射光Ｌ０の反射率が低い。
【００２１】
なお、本実施形態では、反射面１１ｒの径方向外側に第２テーパ面１１ｔ２が形成されている。この第２テーパ面１１ｔ２は、外筒８１を外嵌する円筒部１５の外周に形成され、面取り部になっていると共に外筒８１を挿入し易いようガイドとなるものであり、本発明の必須の構成ではない。
又、第２テーパ面１１ｔ２も後端側に窄まる斜面形状に形成されており、テーパ面１１ｔ及び第２テーパ面１１ｔ２が軸線Ｏ方向の同じ向きに窄まっている。
【００２２】
上記のように反射面１１ｒ及びテーパ面１１ｔを構成することで、図３に示すように、反射面１１ｒでは入射光Ｌ０が反対向きの反射光Ｌ２として明部となる一方、テーパ面１１ｔでは入射光Ｌ０が斜め方向の反射光Ｌ１となるので、入射光Ｌ０側から見て暗部となる。
そして、テーパ面１１ｔは軸線Ｏ方向の一方向（本例では径方向外側に向かって下がる）の斜面形状になっているから、テーパ面１１ｔからの反射光が入射（照射）光Ｌ０側に反射することが抑制される。これにより、テーパ面１１ｔの輪郭となる暗部が明るくなることを抑制する。
その結果、図４に示すように、テーパ面１１ｔの暗部と、隣接する反射面１１ｒの明部とのコントラストが大きくなり、明暗の輪郭を明瞭とし、主体金具１１０を確実に判別できる。
【００２３】
また、テーパ面１１ｔは凹溝と異なり、反射面１１ｒに向かって軸線Ｏ方向の一方向にのみ上下するから、テーパ面１１ｔを切削加工する際に、切削バイトを軸線Ｏ方向に何回も上げ下ろしする必要がなく、一方向に動かせばよいので、生産性が向上する。
【００２４】
又、本実施形態では、反射面１１ｒを径方向に挟んで形成されたテーパ面１１ｔ及び第２テーパ面１１ｔ２が軸線Ｏ方向の同じ向きに窄まっている。
これにより、テーパ面１１ｔ及び第２テーパ面１１ｔ２を切削加工する際に、切削バイトを軸線Ｏ方向に何回も上げ下ろしする必要がなく、一方向に動かせばよいので、生産性がさらに向上する。
【００２５】
又、図１に示すように、本実施形態では、テーパ面１１ｔ及び反射面１１ｒは、外筒８１の内部となる位置に設けられている。
これにより、引っ掛かりとなるテーパ面１１ｔがガスセンサ１の外部に露出しないので、テーパ面１１ｔに異物等が引っ掛かることを抑制できると共に、段（斜面）となるテーパ面１１ｔが見えないので、見栄えも良くなる。
【００２６】
次に、ガスセンサ１の製造工程について説明する。
まず、同一形状で異種の主体金具が複数種混在したパーツボックスから主体金具を１個ずつロボットアーム等でつかみ、上述のように軸線方向から後端向き面１１ｅに向けて入射光Ｌ０を照射する。このときの暗部（テーパ面１１ｔ）の輪郭を画像処理で取得し、この輪郭で囲まれる面積を算出し、面積毎に対応付けられた主体金具の種別をコンピュータにて判別する（主体金具判別工程）。
判別した主体金具が、対象となるガスセンサの種別に対応した主体金具１１であれば、その主体金具１１を選別して次工程に搬送する。
【００２７】
次に、主体金具１１の内部、セラミックホルダ３０、シール材４１、スリーブ４３、リングワッシャ４５を収容しつつセンサ素子２１を挿通し、センサ素子２１を主体金具１１に対して保持させた素子中間部品を準備する（組付工程）。
【００２８】
次いで、予めグロメット８５に挿通され、先端に各端子金具７５が接続されたリード線７１のそれぞれをセパレータ９１の先端側から後端側に向かって挿通させ、各端子金具７５をセパレータ９１の内部に収容する。そして、端子金具７５を内部に収容したセパレータ９１を、保持部材８２の後端側から当該保持部材８２の内部に挿入する。このとき、保持部材８２の後端にセパレータ９１のフランジ９３を当接させる。そして、セパレータ９１にてセンサ素子２１の後端部を取り囲むことによって、セパレータ９１の内部において各端子金具７５と、センサ素子２１の各電極端子２４とを接触させる。
【００２９】
次いで、外筒８１内に上記パーツを収容し、外筒８１を主体金具１１の後端側の円筒部１５に嵌め込み、外筒８１と共に保持部材８２をカシメる。これにより、外筒８１に支持されたセパレータ９１を外筒８１の内部に収容すると共に、段部８１ｄと保持部材８２の間でセパレータ９１のフランジ９３を支持させる。
そして、外筒８１の先端部に対して、主体金具１１の外周面の全周にわたってレーザ溶接し、外筒８１を主体金具１１に対して固定する一方、シール材８５を外筒８１の後端に組み付けた後にカシメる。
このようにして、本実施形態のガスセンサを製造することができる。
【００３０】
本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
例えば上記実施形態では、ガスセンサに外筒８１を適用したものを示したが、外筒８１を用いない構成にも適用できる。また、センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
テーパ面１１ｔの形状も特に限定されず、一方向の斜面形状になっていて、反射面よりも光の反射率が低ければ、直線テーパに限らず、曲線テーパでもよい。なお、テーパ面が「反射面よりも光の反射率が低い」とは、テーパ面の一部でも反射面よりも光の反射率が同一又はそれ以上の部分が無いことをいう。
又、テーパ面と反射面が主体金具の先端向き面に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  ガスセンサ
１１  主体金具
１１ｅ  主体金具の後端向き面
１１ｒ  反射面
１１ｔ  テーパ面
１１ｔ２  第２テーパ面
２１  センサ素子
８１  外筒
Ｏ  軸線
Ｌ０  軸線方向から照射した（入射）光
【図１】
2019138679.tif 000003
【図２】
2019138679.tif 000004
【図３】
2019138679.tif 000005
【図４】
2019138679.tif 000006
【図５】
2019138679.tif 000007
【図６】
2019138679.tif 000008