(57)【要約】【課題】ガスセンサの製造工程途中で通気性、絶縁性、応答性、シール性等の機能、品質の検査を可能とし、組み付け容易で信頼性の高い構造のガスセンサを提供する。【解決手段】有底円筒状に形成した固体電解質体１４１の内外に電極１４２、１４３を形成した濃度検出素子１４０とハウジング１５０と出力端子１１１、１２１とを具備する検出ユニット１０と、少なくとも信号線２００、２１０と通電線２２０、２３０と出力取出端子２０２、２１２とインシュレータ２４０とケーシング２６０とを具備する出力取出ユニット２０とをインシュレータ２４０内で、出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とを導通せしめつつ、検出ユニット１０と出力取出ユニット２０とを結合する。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端閉塞の有底円筒状に形成され、内側に基準ガスに接する基準電極層が形成され、外側に被測定ガスに接する測定電極層が形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなり被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子を有するコップ型のガスセンサであって、
少なくとも、上記濃度検出素子と、被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記基準電極層から延設された基準電極出力端子と上記測定電極層から延設された測定電極出力端子とからなる一対の出力端子と、を具備する検出ユニットと、
少なくとも、外部の制御装置に接続される一対の信号線と、上記一対の信号線に接続された一対の出力取出端子と、上記一対の出力取出端子を絶縁保持するインシュレータと、
上記インシュレータを保護する略円筒状のケーシングと、上記ケーシングの後端部で上記一対の信号線と上記一対の通電線とを絶縁封止する封止部材と、上記ケーシング内に大気を導入する通気部とを具備する出力取出ユニットとからなり、
上記インシュレータに設けられた出力端子挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子とを導通せしめ、
上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとを結合せしめたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記検出ユニットは通電により発熱するヒータを具備し、
上記出力取出ユニットは外部の給電装置に接続される一対の通電線と該一対の通電線に接続された一対の通電端子とを具備し、
上記一対の通電端子を上記インシュレータ内で絶縁保持せしめた請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記インシュレータに設けられたヒータ挿入孔内で上記ヒータの表面に設けられたヒータ電極と上記通電端子とを導通せしめた請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記出力端子と上記出力取出端子とのいずれか一方は、弾性金属材料からなる略Ｕ字形のバネ状端子であって、他方は板状端子である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記バネ状端子と上記板状端子との接触面において上記バネ状端子と上記板状端子とのいずれか一方は平断面を有し、他方は一方に向かって凸となる円弧断面を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
上記通電端子は、弾性金属材料からなる略Ｕ字形のバネ状端子である請求項２ないし５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
上記出力端子挿入孔は、上記出力端子の挿入を誘導する挿入孔傾斜部を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
上記出力端子挿入孔は、上記板状端子に当接する挿入孔突起部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
上記インシュレータ内において、互いに対向する上記一対の出力取出端子と互いに対向する上記一対の通電端子とを、略直交方向に載置する請求項２ないし８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
イオン伝導性の固体電解質材料を先端閉塞の有底円筒状に形成し、内側に基準ガスに接する基準電極層を形成し、外側に被測定ガスに接する測定電極層を形成し、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子を有するコップ型のガスセンサの製造方法において、
基準電極出力端子と基準電極接続部とを有する基準電極金具を上記濃度検出素子内に挿嵌し、測定電極出力端子と測定電極接続部とを有する測定電極金具を上記測定電極に嵌着し、上記濃度検出素子を略円筒状のハウジング内に固定部材を介して挿入固定し、少なくとも上記基準電極端子と上記測定電極端子との一対の出力端子と上記ハウジングとを具備し、上記一対の出力端子が上記ハウジングより上方に露出した検出ユニットを形成する検出ユニット形成工程と、
一対の出力取出端子をインシュレータに装着し、上記一対の出力端子に一対の信号線を接続し、上記一対の信号線を複数の挿入孔を設けた封止部材に挿入し、これらを略円筒形のケーシングに納め、
少なくとも上記信号線と、上記出力取出端子と、上記インシュレータと、上記ケーシングと、上記封止部材とを具備する出力取出ユニットを形成する出力取出ユニット形成工程と、
上記出力端子と上記出力取出端子とのいずれか一方を、弾性金属材料を用いて略Ｕ字形の持つバネ状に形成し、他方を板状に形成する端子金具形成工程と、
上記検出ユニットを上記出力取出ユニットに挿嵌すると同時に、上記インシュレータに設けられた出力端子挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子とを弾性的に導通せしめてガスセンサを完成させるガスセンサ組み付け工程と、を具備することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車エンジン等の排ガス中の特定ガス成分濃度を検出するガスセンサの構造および製造方法に関するものであり、特にコップ型ガスセンサに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等の内燃機関の排ガス流路に、排ガス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から空燃比等を算出し、内燃機関の燃焼制御を行っている。
【０００３】
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導電性材料を有底円筒状に形成した固体電解質体の内外面に白金等の電極層を施した酸素濃度検出素子と、上記酸素濃度検出素子内に挿入され上記酸素濃度検出素子を加熱するヒータと、上記酸素濃度検出素子からの出力を外部に取り出す出力取出手段と、上記ヒータに通電を行う通電手段とからなる酸素センサ等が広く用いられている。
【０００４】
ところで、近年の自動車産業における価格競争の激化に伴い、この種のガスセンサにおいて、信頼性を向上しつつ、部品点数の削減や組み立て工程の簡素化等に有利なセンサ構造および製造方法を開発することは、コスト削減のための重要な鍵となっている。
【０００５】
例えば特許文献１の図２には、信頼性が高く、製造容易なガスセンサおよびその製造方法として、酸素センサ素子２と、該酸素センサ出素子２を保持する主体金具３と、酸素センサ素子２と電気的に導通し、酸素センサ素子２より後端側に延びる１または複数のセンサ端子金具１６，１７と、自身の先端部で主体金具３と接続する金属外筒２１と、金属外筒２１の内部に収容された電気絶縁性のセパレータ３１を有し、セパレータ３１の鍔部３４には外筒当接面３４ａが形成され、金属外筒２１は外筒当接面３４ａに当接する鍔部当接面２４ｂとは、いずれも先端側ほど径方向外側に位置する斜面をなし、セパレータ３１が、後端側に付勢された状態で金属外筒２１に保持されてなる酸素センサが開示されている。
【０００６】
特許文献１に記載のセンサ製造方法によれば、センサ端子部材の位置ずれや姿勢ずれによってセンサ端子部材と濃度検出素子との間に作用する応力を緩和し、濃度検出素子の破壊やセンサ端子部材の破断等の不具合を防止できる。
【０００７】
また、特許文献１に記載のガスセンサは、特許文献１の図４に示すように、ヒータ１５は棒状のセラミックヒータであり、アルミナを主とする芯材に抵抗発熱体を有する発熱部１５ａが形成され、電極パッド１５ｅ、１５ｆにロウ付け接続されるヒータ端子金具１６、１７及びヒータリード線１８、１９と通じて、このヒータ１５に通電すると、酸素濃度検出素子２の先端部が加熱される。ヒータ端子金具１７には、ヒータリード線１８の芯線を把持して、このヒータ端子金具１７とヒータリード線１８を電気的に接続するコネクタ部１７ａを有している。
【０００８】
このため、特許文献１の図７、図８に示すように、センサ素子２の信号を取り出す第１センサ端子金具１１、第２センサ端子金具１２、ヒータ１５、ヒータリード線１８、１９は、センサ素子２側には接続されるのではなく、予めセパレータ３１に組み付けられ、金属外筒内２１に配置された後、ヒータ１５をセンサ素子２内に挿入することで、ヒータ１５とセンサ端子金具１１、１２との接続部分に生じる応力を緩衝し、組み付け時のヒータ１５の折損やセンサ出力リード線１３、１４との接続部分の破断を防止している。
【０００９】
特許文献２にはセンサ内に基準ガスとしての大気を導入する通気孔を有したカバー部材の内側にセラミックセパレータと接続金具を予め組み付けておき、カバー部材をセンサ素子が組み付けられたケーシングに差し込みつつ、接続金具のセンサ素子への押込・装着を可能とする酸素センサが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−５３４２５号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の従来のガスセンサの構造並びに製造方法では、特許文献１の図７に示すように、ヒータ端子金具１６、１７がヒータ電極パッド１５ｅ、１５ｆにロウ付けされているため、ヒータ１５はセンサ素子２の側にではなく、セパレータ３１側に設けざるを得ない。また、特許文献１の図８に示すように、ヒータ１５をセンサ素子２内に挿入する際にヒータ１５の破損を防止するために特殊なチャック機構ＣＨによってヒータ１５を把持しながら挿入しなければならず、組付工程が複雑である。
【００１１】
また、センサ端子金具１１、１２もヒータ１５と同様に、センサ素子２側ではなくセパレータ３１側に接続されており、センサ端子金具１１、１２はリード線１３、１４との接続部１１ａ、１２ａでリード線１３、１４を介してセパレータ３１に固定され、セパレータ当接部１１ｂ、１２ｂにおいてセパレータ３１に弾性的に保持されているに過ぎない。
一方、第１センサ金具１１の挿入部１１ｃはセンサ内部電極２ｃとの導通を確実にするために酸素センサ２の有底孔２ａを押圧しながら挿入されるため挿入部１１ｃには比較的大きな摩擦力が働くと考えられる。
更に、第２センサ金具１２の挿入部１２ｃはセンサ外部電極２ｆとの導通を確実にするために、通常、挿入部１２ｃはセンサ素子２の外径よりも小さい内径に形成され、弾性的にセンサ素子２を把持するので第２センサ金具１２をセンサ素子２に嵌着する際にも挿入部１２ｃに比較的大きな摩擦力が働くと考えられる。
従って、センサ端子金具１１、１２をセンサ素子２に組み付ける際に、上記摩擦力によって抵抗力が加わり、リード線１３、１４のコネクタ部１１ａ、１２ａの直上でリード線１３、１４の被覆されておらず剛性の弱い部分が挫屈し、破断する虞がある。
あるいは、この様な挫屈を防ぐために、リード線１３、１４にぶら下がった状態のセンサ金具１１、１２を酸素センサ２に容易に挿入できるように、センサ金具１３、１４の接続部分の付勢力を弱くしなければならないと考えられる。
従って、センサ金具１１、１２とセンサ内外の電極２ｃ、２ｆとの接触が不完全になる虞がある。
【００１２】
また、金属外筒２１に覆われてしまうため、センサ端子金具１１、１２の装着状態を確認することはできず、センサ端子金具１１、１２が正常にセンサ素子２に装着されているか否かが確認できない。更に、ヒータ１５はセパレータ３１側に組み付けられ、センサ素子２はセンサ端子金具１１、１２を装着されずに主体金具３に組み付けられているため、ヒータ１５で加熱しながら行うセンサ素子２の機能、品質の確認等は、カバー部材２１をセンサ素子２の組み付けられたケーシング３に取り付け、ガスセンサがほぼ完成した状態でなければ行うことができない。加えて、センサ素子２が主体金具３に組み付けられた状態でセンサ端子金具１１、１２を嵌着するためセンサ素子２のセンサ端子金具１１、１２が接続される部分は主体金具３から露出していなければならずセンサ素子２の体格が大きくなってしまう。
【００１３】
同様に、特許文献２に記載の酸素センサにおいても、ヒータ並びにセンサ接続金具はカバー部材側に装着されており、センサ素子はセンサ接続金具が装着されない状態でケーシングへ装着されており、カバー部材のケーシングへの装着と同時でなければセンサ接続金具をセンサ素子へ押込・装着することができない。従って、特許文献１に記載のガスセンサと同様、センサ素子の機能評価を製造工程途中で行うことができない。
【００１４】
加えて、従来のガスセンサの構造および製造方法では、ヒータが大気導入部に予め組み付けられているため基準ガスとして大気を導入する大気導入部の通気性の確認は困難であった。
【００１５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、ガスセンサの製造工程途中において、大気導入部の通気性、信号取出部の絶縁性、濃度検出素子の応答性・シール性等の機能、品質の検査を可能とし、組み付け容易で、かつ、組み付け後の信号取出部とセンサ部との導通信頼性の高い構造のガスセンサおよびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明では、先端閉塞の有底円筒状に形成され、内側に基準ガスに接する基準電極層が形成され、外側に被測定ガスに接する測定電極層が形成されたイオン伝導性の固体電解質体からなり被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子を有するコップ型のガスセンサであって、
少なくとも、上記濃度検出素子と、被測定ガス流路内に上記濃度検出素子を支持固定するハウジングと、上記基準電極層から延設された基準電極出力端子と上記測定電極層から延設された測定電極出力端子とからなる一対の出力端子と、を具備する検出ユニットと、少なくとも、外部の制御装置に接続される一対の信号線と、上記一対の信号線に接続された一対の出力取出端子と、上記一対の出力取出端子を絶縁保持するインシュレータと、上記インシュレータを保護する略円筒状のケーシングと、上記ケーシングの後端部で上記一対の信号線と上記一対の通電線とを絶縁封止する封止部材と、上記ケーシング内に大気を導入する通気部とを具備する出力取出ユニットとからなり、上記インシュレータに設けられた出力端子挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子とを導通せしめ、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとを結合せしめる。
【００１７】
請求項１の発明によれば、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとを組み付ける前に上記検出ユニットの出力応答性や上記出力取出ユニットの通気性、絶縁性等を検査し、製造工程で不具合を発見できるので、材料等の無駄を無くしつつ、完成品としてのガスセンサの信頼性を飛躍的に向上することができる。
また、上記出力端子が上記インシュレータに固定された上記出力取出端子と上記インシュレータ内で接続されているので、外部からの振動等による断線の虞がない。従って、ガスセンサとしての品質が向上する。
【００１８】
請求項２の発明では、上記検出ユニットは通電により発熱するヒータを具備し、上記出力取出ユニットは外部の給電装置に接続される一対の通電線と該一対の通電線に接続された一対の通電端子とを具備し、上記一対の通電端子を上記インシュレータ内で絶縁保持する。
【００１９】
請求項２の発明によれば、上記検出ユニットを上記ヒータにより加熱しながら応答性等の品質確認ができる。また、上記出力取出ユニットの絶縁状態の確認ができる。従って、上記ヒータを具備するガスセンサにおいても、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとを組み付ける前にそれぞれのユニットを検査し、製造工程で不具合を発見できるので、材料等の無駄を無くしつつ、完成品としてのガスセンサの信頼性を飛躍的に向上することができる。
【００２０】
請求項３の発明では、上記インシュレータに設けられたヒータ挿入孔内で上記ヒータの表面に設けられたヒータ電極と上記通電端子とが導通する。
【００２１】
請求項３の発明によれば、上記ヒータ電極が上記インシュレータに固定された上記通電端子と上記インシュレータ内で接続されているので、外部からの振動等による断線の虞がない。従って、ガスセンサとしての品質が向上する。
【００２２】
請求項４の発明では、上記出力端子と上記出力取出端子とのいずれか一方は、弾性金属材料からなる略Ｕ字形のバネ状端子であって、他方は板状端子である。
【００２３】
請求項４の発明によれば、上記出力端子と上記出力取出端子とが弾性的に接触導通される。上記バネ状端子によって上記板状端子が常に弾性的に押圧され接続されているので、車両の振動等により両者の導通が遮断されることがない。従って、ガスセンサとしての信頼性が更に向上する。
【００２４】
請求項５の発明では、上記バネ状端子と上記板状端子との接触面において上記バネ状端子と上記板状端子とのいずれか一方は平断面を有し、他方は一方に向かって凸となる円弧断面を有する。
【００２５】
請求項５の発明によれば、上記出力端子と上記出力取出端子との接触面において一方が平断面状で、他方が円弧断面状であるので、いずれかの端子の組み付け位置が中心からずれていても、両端子は一点または一直線上で確実に接触導通する。従って、ガスセンサとしての信頼性が更に向上する。
【００２６】
請求項６の発明では、上記通電端子は、弾性金属材料からなる略Ｕ字形のバネ状端子である。
【００２７】
請求項６の発明によれば、上記ヒータ電極と上記通電端子とが弾性的に接触導通される。上記バネ状端子によって上記ヒータ電極が常に弾性的に押圧され接続されているので、車両の振動等により両者の導通が遮断されることがない。従って、ガスセンサとしての信頼性が更に向上する。
【００２８】
請求項７の発明では、上記出力端子挿入孔は、上記出力端子の挿入を誘導する挿入孔傾斜部を有する。
【００２９】
請求項７の発明によれば、上記出力端子が傾いた状態で配設されていたとしても上記出力端子を上記挿入孔に挿入する際に、上記挿入孔傾斜部に沿って上記出力端子が引き起こされるので、上記出力端子と上記出力取出端子との接続を安定した状態で行うことができる。従って、ガスセンサの信頼性が更に向上する。
【００３０】
請求項８の発明では、上記出力端子挿入孔は、上記板状端子に当接する挿入孔突起部を有する。
【００３１】
請求項８の発明によれば、上記バネ端子によって弾性的に押圧されたときに上記挿入孔突起部によって上記板状端子が支持されるため、上記板状端子が押圧方向に撓むことなく接触導通性がより確実となる。従って、ガスセンサの信頼性が更に向上する。
【００３２】
請求項９の発明では、上記インシュレータ内において、互いに対向する上記一対の出力取出端子と互いに対向する上記一対の通電端子とを、略直交方向に載置する。
【００３３】
請求項９の発明によれば、上記端子の弾性により上記インシュレータと上記ヒータと出力端子とを４方向から押さえ、上記インシュレータに加わる外部からの振動による揺れを吸収できる。従って、上記出力端子と上記出力取出端子との導通接続ならびに上記通電端子と上記ヒータ電極との導通接続が常に確保される。よって、更にガスセンサの信頼性が向上する。
【００３４】
請求項１０の発明では、イオン伝導性の固体電解質材料を先端閉塞の有底円筒状に形成し、内側に基準ガスに接する基準電極層を形成し、外側に被測定ガスに接する測定電極層を形成し、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子を有するコップ型のガスセンサの製造方法において、基準電極出力端子と基準電極接続部とを有する基準電極金具を上記濃度検出素子内に挿嵌し、測定電極出力端子と測定電極接続部とを有する測定電極金具を上記測定電極に嵌着し、上記濃度検出素子を略円筒状のハウジング内に固定部材を介して挿入固定し、少なくとも上記基準電極端子と上記測定電極端子との一対の出力端子と上記ハウジングとを具備し、上記一対の出力端子が上記ハウジングより上方に露出した検出ユニットを形成する検出ユニット形成工程と、一対の出力取出端子をインシュレータに装着し、上記一対の出力端子に一対の信号線を接続し、上記一対の信号線を複数の挿入孔を設けた封止部材に挿入し、これらを略円筒形のケーシングに納め、少なくとも上記信号線と、上記出力取出端子と、上記インシュレータと、上記ケーシングと、上記封止部材と、を具備する出力取出ユニットを形成する出力取出ユニット形成工程と、上記出力端子と上記出力取出端子とのいずれか一方を、弾性金属材料を用いて略Ｕ字形の持つバネ状に形成し、他方を板状に形成する端子金具形成工程と、上記検出ユニットを上記出力取出ユニットに挿嵌すると同時に、上記インシュレータに設けられた出力端子挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子とを弾性的に導通せしめてガスセンサを完成させるガスセンサ組み付け工程とを具備する。
【００３５】
請求項１０の発明によれば、上記検出ユニットの組み立てと上記出力取出ユニットの組み立てとを分離独立して実施できるので、それぞれのユニットとしての品質の確認が容易な上に、上記検出ユニットの組み立てにおいては、全ての部品の中心を同軸上に配置して順序に従って組み付けるだけの単純な工程とすることができ、上記検出ユニットの組み立ての合理化が極めて容易である。
また、上記出力取出ユニットの組み立て工程は部品の挿入と圧着のみの工程であるので合理化が極めて容易である。
従って、極めて信頼性が高く、かつ製造が容易でコスト競争力の高いガスセンサを提供できる。
加えて、上記ハウジング内に上記基準電極接続部と上記測定電極接続部とを納めることができるので、上記濃度検出素子の上記基準電極接続部と上記測定電極接続部とに接続される部分を上記ハウジングから露出する必要が無く、ガスセンサの体格を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ガスセンサの製造工程途中において、大気導入部の通気性、出力取出ユニットの絶縁性、濃度検出素子の応答性・シール性等の機能、品質の検査を可能とし、組み付け容易で信頼性の高い構造のガスセンサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の第１の実施形態について詳述する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態であるガスセンサ１の構成を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中Ａ−Ａ断面における矢視断面図である。なお、図１において上方を基端側、下方を先端側とする。（以下の図面においても、特に方向を特定した場合を除き同様である。）
図１に示すように、本発明のガスセンサは検出ユニット１０と出力取出ユニット２０とによって構成されている。
検出ユニット１０は、濃度検出素子１４０と、濃度検出素子１４０内に挿入され通電により発熱するヒータ１００と、濃度検出素子１４０を被測定ガス流路内に固定するハウジング１５０と、濃度検出素子１４０から延設されハウジングから露出し基端側に延びる一対の出力端子金具１１０、１２０と、濃度検出素子１４０とハウジング１５０との間に介される固定部材１３０と、濃度検出素子１４０の被測定ガスに晒される部分を覆うカバー体１６０とによって構成されている。
【００３８】
濃度検出素子１４０は、例えば、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料を先端が閉塞した有底円筒状に形成した固体電解質体１４１の内側には基準電極層１４２が形成され、外側には測定電極層１４３が形成され、固体電解質体１４１の中腹には径大の固体電解質体係合部１４４が形成されている。
濃度検出素子１４０の内側には基準電極金具１１０が挿嵌され、基準電極層１４２と基準電極接続部１１２とが電気的に接続されている。
更に基準電極接続部１１２には基端側に向かって延びる基準電極端子１１１が形成され、基準電極接続部１１２の先端側には、ヒータ把持部１１３が形成されている。
【００３９】
ヒータ１００はアルミナ等のセラミック材料を長軸状に形成したヒータ基体１０４の先端内部に図略の発熱体１０３が内蔵され、発熱体１０３に接続された図略の一対のリード線がヒータ基体１０４の表面に形成された一対のヒータ電極１０１、１０２に導通している。
ヒータ１００は濃度検出素子１４０内に挿入されヒータ把持部１１３によって弾性的に固定されている。
【００４０】
ハウジング１５０にはハウジング係合部１５１が形成されており、金属製緩衝部材１３１を介して固体電解質体係合部１４４とハウジング係合部１５１とが係合して濃度検出素子１４０がハウジング１５０内に係止されており、更に濃度検出素子１４０とハウジング１５０との間の空隙を、例えばタルク等の絶縁性粉末１３２、絶縁性粉末成形体１３３、セラミック、ガラス等の絶縁性封止部材１３４、金属製弾性部材からなる弾性パッキング１３５等によって構成される濃度検出素子固定部材１３０によって充填され、ハウジング１５０の上端縁のハウジング加締め部１５４が加締められて濃度検出素子１４０がハウジング１５０内に固定され一体となっている。
【００４１】
出力取出ユニット２０は、一対の出力取出端子２０２、２１２と、出力取出端子２０２、２１２に導通する一対の信号線２００、２１０と、一対の通電端子２２２、２３２と、通電端子２２２、２３２に導通する一対の通電線２２０、２３０と、インシュレータ２４０、インシュレータ保持金具２５０、ケーシング２６０と、接続金具２０１、２１１、２２１、２３１と、フィルタ支持部材２７０と、撥水フィルタ２７２と、封止部材２７３（上ブッシュ）、２７４（下ブッシュ）とによって構成されている。
【００４２】
出力取出端子２０２、２１２と通電端子２２２、２３２とは、インシュレータ２４０によって絶縁状態で固定されており、基端側の端部がインシュレータ２４０から露出し、接続金具２０１、２１１、２２１、２３１を介して、それぞれ信号線２００、２１０および通電線２２０、２３０に接続されている。
インシュレータ２４０には出力端子挿入孔２４１（ａ、ｂ）とヒータ挿入孔２４５とが形成されている。
出力取出端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２はそれぞれ弾性金属材料を用いて略Ｕ字形のバネ状に形成されており、出力取出端子２０２、２１２の先端側が出力端子挿入孔２４１（ａ、ｂ）内に露出し、通電端子２２２、２３２の先端側がヒータ挿入孔２４５内に露出している。
出力端子挿入孔２４１ａ、２４１ｂ内で出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とが弾性的に接続されており、ヒータ挿入孔２４５内でヒータ電極１０１、１０２と通電端子２２２、２３２とが弾性的に接続されている。
【００４３】
インシュレータ２４０はインシュレータ保持金具２５０により、ケーシング２６０内に固定されている。
【００４４】
ケーシング２６０の基端側は、弾性部材により形成された封止部材２７３（上ブッシュ）、２７４（下ブッシュ）により封止され、外部に接続される信号線２００、２１０と通電線２２０、２３０とが、封止部材２７３、２７４により絶縁支持されている。
更に、封止部材２７３、２７４は略円筒状で中心にはフィルタ支持部材２７０と撥水フィルタ２７２とが嵌入されている。
フィルタ支持部材２７０は基端側閉塞の有底円筒状で側面に複数の支持部材通気孔２７１が形成され、フィルタ支持部材２７０を覆うように円筒状の気体は透過し液体は阻止する撥水フィルタ２７２が嵌着されている。撥水フィルタ２７２は例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂からなる多孔質体である。
【００４５】
封止部材２７３、２７４には、支持部材通気孔２７１と対向する位置に複数の封止部材通気孔２７５が形成され、ケーシング２６０には、複数のケーシング通気孔２６４が形成され、封止部材通気孔２７５と連通している。
【００４６】
ケーシング２６０の先端側２６３は、ハウジング２５０に形成されたボス部１５４に嵌着し、レーザ溶接等の結合手段２８０により固定されている。
【００４７】
ガスセンサ１は、ハウジング１５０に形成されたネジ部１５３によって被測定ガス流路内に濃度検出素子１４０が晒されるようにスプリングワッシャ等の弾性部材２９０を介して被測定ガス流路壁面３に螺結される。
【００４８】
以下に、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を詳述する。
先ず、図２に（ａ）〜（ｄ）の順を追って示した検出ユニット１０の製造方法を説明する。
アルミナ等のセラミック材料を長軸状に形成したヒータ基体１０４の先端内部に図略のタングステン等からなる発熱体１０３を形成し、図略の一対のリード線を介して発熱体１０３に導通するヒータ基体１０４の表面に形成された一対のヒータ電極１０１、１０２を有するヒータ１００を形成する。
【００４９】
ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材料を先端が閉塞する有底円筒状の固体電解質体１４１を形成し、その内側表面と外側表面とに白金または白金合金により多孔質の基準電極層１４２と測定電極層１４３とを形成し、濃度検出素子１４０とする。
この時、図２（ａ）に示すように、固体電解質体１４１の中腹には径大の固体電解質体係合部１４４が形成されており、測定電極層１４３は固体電解質体１４１の基端側上部の外周を覆うように形成される測定電極層コネクタ部１４３ａと固体電解質体係合部１４４よりも先端側に形成される測定電極層測定部１４３ｃと測定電極コネクタ部１４３ａと測定電極層測定部１４３ｃとを導通する測定電極層リード部１４３ｂとで構成しても良い。
【００５０】
ステンレス等の弾性金属材料からなり、基端側に延びる板状の基準電極出力端子１１１と濃度検出素子１４０の内径よりも僅かに大きい径の一部切り欠き管状（断面略Ｃ字形）に形成された基準電極接続部１１２とヒータよりも僅かに小さい径の一部切欠き管状（断面略Ｃ字形）に形成したヒータ把持部１１３とからなる基準電極金具１１０を形成する。
ヒータ把持部１１３を弾性的に拡径しながらヒータ１００を挿入し、更にヒータ１００と共に基準電極接続部１１２を縮径しながら濃度検出素子１４０内に挿入する。
【００５１】
ステンレス等の弾性金属材料からなり、基端側に延びる板状の測定電極端子１２１と、除気濃度検出素子１４０の基端側外径よりも僅かに小さい径の一部切欠き管状（断面略Ｃ字形）に形成たれた測定電極把持部１２２とからなる測定電極金具１２０を形成する。
測定電極把持部１２２を弾性的に拡径しながら測定電極１４２の形成された濃度検出素子１４０の基端側上部に挿嵌する。
【００５２】
次いで、図２（ｂ）に示すように、濃度検出素子１４０を略円筒状のハウジング１５０内に固定部材１３０として、金属製緩衝部材１３１を介して挿入し、固体電解質体係合部１４４とハウジング係合部１５１とを係合せしめ、更に濃度検出素子１４０とハウジング１５０との間の空隙を、例えばタルク等の絶縁性粉末１３２、絶縁性粉末成形体１３３、セラミック、ガラス等の絶縁性封止部材１３４、ゴム等の弾性部材からなる弾性パッキング１３５等によって充填する。
ハウジング１５０の先端側には、濃度検出素子１４０の被測定ガスに晒される部分を保護するカバー内筒１６１とカバー体１６３とからなる２重円筒のカバー体１６０が取り付けられる。
【００５３】
図２（ｃ）に示すように、ハウジング１５０の開口上端部１５４と開口下端部１５６とを加締めると図２（ｄ）に示すように規準電極端子１１１と測定電極端子１２１とからなる一対の出力端子１１１、１２１とヒータ電極１０１、１０２とがハウジング１５０の基端側に露出した素子側ユニット１０が完成する。
図２に示した工程において、全ての構成部品を１本の軸心を中心として並べて組み付けることができるため極めて合理化が容易である。
【００５４】
次いで、図３に（ａ）〜（ｃ）の順を追って示した出力取出ユニット２０の製造方法について説明する。
例えばアルミナ等の絶縁材料を用いて略円筒形に形成され複数の挿入孔２４１、２４５の形成されたインシュレータ２４０をインシュレータ保持金具２５０に装着し、出力取出端子２０２、２１２と、通電端子２３２、２２２とをインシュレータ２４０に挿入固定する。なお、インシュレータ２４０、出力端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２についての詳細は後述する。
【００５５】
ケーシング２６０はステンレス等の金属製で、略円筒状に形成し、基端側に径小となるケーシングケ径小部２６１を形成し、先端側が径大となるケーシング径大部２６３を形成し、径変部は軸心に対しほぼ水平となるケーシング係止部２６２を形成し、径小部２６１に内側に向かって突出する係合部２６２を全周または複数箇所に形成し、径小部２６１には内側に開口するケーシング通気孔２６６を複数形成する。
【００５６】
ケーシング２６０の基端側から予め、例えばゴム製で略円柱状の封止部材２７３、２７５に挿通した一対の信号線２００、２１０と一対の通電線２２０、２３０を挿通し、信号線２００、２１０と通電線２２０、２３０との先端をケーシング２６０の先端側へ引き出す。
接続金具２０１、２１１を用いて、出力取出端子２０２、２１２と信号線２００、２１０とを圧着接続し、接続金具２２１、２３１を用いて通電端子２２２、２３２と通電線２２０、２３０とを圧着接続する。
【００５７】
封止部材２７３、２７５をケーシング係合部２６２に当接するまで挿入し、ケーシング係合部２６２に係止せしめる。
封止部材２７３、２７５の軸中心に設けられたフィルタ挿入孔２７７、２７８に、撥水フィルタ２７２を嵌着した有底円筒状のフィルタ支持部材２７０を挿入する。
ケーシング通気孔２６４と封止部材２７３、２７５に設けられた封止部材通気孔２７４、２７６とが連通し、撥水フィルタ２７２を介してフィルタ支持部材２７０に設けられた支持部材通気孔２７１と連通した状態となる。
【００５８】
信号線２００、２１０と通電線２２０、２３０とを基端側へ引き戻しつつ、インシュレータ２４０の保持されたインシュレータ保持金具２５０をケーシング大径部２６３内に挿入し、インシュレータ保持金具２５０によって保持せしめる。
【００５９】
ケーシング径小部２６１の２箇所のケーシング加締め部２６６、２６７を加締めて封止部材２７３、２７５とともに信号線２００、２１０、通電線２２０、２３０、撥水フィルタ２７２およびフィルタ支持部材２７０を固定すると出力取出ユニット２０が完成する。
【００６０】
ガスセンサ１の完成工程を表した図４（ａ）、（ｂ）に示すように、検出ユニット１０のボス部１５５を出力取出ユニット２０のケーシング大径部２６３内に挿入すると、出力端子１１１、１２１とヒータ１００とがインシュレータ２４０の挿入孔２４１ａ、２４１ｂ、２４５内に挿入され、出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とが導通状態となり、ヒータ電極１０１、１０２と通電端子２３２、２２２とが導通状態となる。
ハウジングボス部１５５とケーシング大径部２６３の下端とを例えばレーザ溶接等により全周に渡って溶接固定するとガスセンサ１が完成する。
【００６１】
図５を参照して本発明の要部である出力取出端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２、インシュレータ２４０について更に詳述する。
図５は出力取出端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２、インシュレータ２４０の詳細を示す斜視図である。
【００６２】
出力取出端子２０２、２１２は弾性金属材料を用いて、先端側の屈曲部２０４、２１４で基端側に屈曲し、傾斜部２０５、２１５がインシュレータ２４０の軸中心に向かって傾斜し、出力端子１１１、１２１と当接する当接部２０６、２１６で再度径方向に向かって屈曲する略Ｕ字形に形成する。
更に、出力取出端子２０２、２１２には、インシュレータ２４０に装着された時に係止する係止手段として、屈曲係止部２０３、２１３を形成する。
【００６３】
通電端子２２２、２３２は弾性金属材料を用いて、先端側の屈曲部２２３、２３３で基端側に屈曲し、傾斜部２２４、２３４がインシュレータ２４０の軸中心に向かって傾斜し、ヒータ端子１０１、１０２と当接する当接部２２５、２３５で再度径方向に向かって屈曲する略Ｕ字形に形成する。
更に、インシュレータ２４０内に挿入されたときに係止する係止手段として両側面に張り出す通電端子翼部２２６、２３６を形成する。
【００６４】
図６（ａ）に、インシュレータ２４０の詳細およびインシュレータ２４０内に出力端子２０２、２１２と通電端子２２２、２３２とを挿入固定した時の状態を示す。（ｂ）は、Ａ−Ａ面における矢視平面図、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ面における矢視断面図、（ｄ）は、Ｃ−Ｃ面における矢視平面図、（ｅ）は、Ｄ−Ｄ面における矢視断面図である。
【００６５】
図６（ａ）に示すようにインシュレータ２４０には、出力取出端子２０２、２１２を挿入するための出力端子挿入孔２４１ａ、２４１ｂが形成されており、出力端子挿入孔２４１ａ、２４１ｂの基端側には、出力取出端子屈曲部２０３、２１３が係止する端子係止部２４４ａ、２４４ｂが形成されている。
出力端子挿入孔２４１ａ、２４１ｂには、出力取出端子２０２、２１２に向かって凸となる断面半円状の突起部２４３ａ、２４３ｂが形成されており、更に突起部２４３ａ、２４３ｂの先端側は、先端側に行くほど出力端子挿入孔２４１ａ、２４１ｂが広くなるよう中心に向かって傾斜する傾斜部２４２ａ、２４２ｂが形成されている。
【００６６】
図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、ヒータ挿入孔２４５にはスリット状の通電端子係止部２４６ａ、２４６ｂが穿設され、通電端子翼部２２６、２３６が挿入され通電端子２２２、２３２が係止されている。
【００６７】
図７（ａ）〜（ｃ）、（ｄ）〜（ｆ）に出力端子１１１、１１２とヒータ１００とがインシュレータ２４０内に挿入される様子を示す。
図７（ａ）に示すように、出力端子１１１、１１２が傾いた状態で装着されていたとしても（ｂ）に示すように、上記傾斜部２４２ａ、２４２ｂに沿って出力端子１１１、１２１が引き起こされつつ挿入されるので、（ｃ）に示すように出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とが正しい位置で接続される。従って、組み付けが容易で、しかも出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２との確実な導通性が確保される。
【００６８】
また、図７（ｄ）〜（ｆ）に示すように、ヒータ１００をインシュレータ２４０内に挿入すると通電端子２２２、２３２が弾性的に撓むのでヒータ１００の挿入に際して邪魔せず、挿入後にはヒータ電極１０１、１０２と通電端子２２２、２３２とが弾性的に接続される。従って、組み付けが容易で、しかもヒータ電極１０１、１０２と通電端子２２２、２３２との確実な導通性が確保される。
【００６９】
図８（ａ）は、図７（ｃ）中Ｂ−Ｂ断面における矢視断面における要部拡大図である。図８（ａ）に示すように、基準電極金具１１０または測定電極金具１２０の装着位置が濃度検出素子１４０に対して円周方向に回転してずれて装着されたとしても、出力端子１１１、１２１が円弧断面を有し、出力取出端子２０２、２１２の接触部２０６、２１６が平断面を有しているので、両者は必ず一点で接触する。また、挿入孔突起部２４３ａ、２４３ｂが出力端子１１１、１２１の凹面よりも小さい曲率で設けられているので該凹面と挿入孔突起部２４３ａ、２４３ｂとは必ず一点で接触する。従って、出力取出端子１１１、１２１のバネによる押圧力が上記接触点に集中するので出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とが確実に導通される。
【００７０】
また、図８（ｂ）に示すように、ヒータ電極１０１、１０２を両側から挟むように、対向する一対の通電端子２２２、２３２が弾性的に押圧し、これに直交する方向で、出力端子１１１、１２１を対向する一対の出力取出端子２０２、２１２が両側から弾性的に押圧している。
このため、インシュレータ２４０が外部から如何なる方向の振動を受けても、四方から弾性的に押圧しているバネ状端子２０２、２１２、２２２、２３２によって、振動が吸収され、それぞれの端子部における導通性が確保される。
従って、極めてガスセンサ１の信頼性が高くなる。
なお、出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２との押圧点間の距離Ｘならびにヒータ電極１０１、１０２と通電端子２２２、２３２との押圧点間の距離Ｙをインシュレータ２４０内に収まる範囲において、できるだけ長くするのが良い。バランスが安定し、耐久性が更に向上する。
【００７１】
図９に本発明を実施した場合に実施可能となる製造工程途中での検査方法の例を示す。（ａ）は検出ユニットの検査方法の例を示す概念図、（ｂ）は出力取出ユニットの検査方法例を示す概念図である。
図９（ａ）に示すように、組上がった検出ユニット１０を排ガス流路に見立てた被測定ガス流路３に装着し、周期的に濃度を変化させた既知の成分ガスをガス流路３内に導入し、電源４からの電力を通電制御装置５によって制御しながらヒータ電極１０１、１０２に印加し、検出ユニット１０からの出力を出力端子１１１、１２１に接続された例えば電位差計などの検出装置６で検知すると検出ユニット１０のパルス応答性の評価が可能となる。
図９（ｂ）に示すように、絶縁計７等を用いて、ケーシング２６０と出力取出端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２等との絶縁性を測定したり、出力取出ユニット２０の下端にブロワー等の排気装置を気密に取り付け、圧力計８等により通気性を評価したりすることにより出力取出ユニット２０の品質の評価が可能となる。
同様の圧力計等を用いた手段により検出ユニット１０のシール性の評価も可能となる。
【００７２】
上記実施形態においては、出力端子１１１、１２１を板状に形成し、出力取出端子２０２、２１２をバネ状に形成した場合について説明したが、類似する形態として、図１０に示すように、出力取出端子２０２ｃ、２１２ｃを板状に形成し、出力端子１１１ｃ、１１３ｃをバネ状に形成しても、同様の効果が得られる。
【００７３】
また、上記実施形態においては、ヒータ１００を具備する検出ユニット１０について説明したが、高温の被測定ガス中に配設され、ヒータ１００によって濃度検出素子１４０を加熱、活性化する必要が無い場合に用いられるヒータ１００を具備しないヒータレスタイプのガスセンサにおいても、出力端子を検出ユニット側に設け、出力取出端子を出力取出ユニット側に設けた本発明の構造を採用することにより、組み付けを容易にし、信頼性を向上することができる。
【００７４】
更に、本発明は、上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、濃度検出素子として酸素イオン導電性の固体電解質体の内外面に電極層を形成した酸素濃度センサの場合について説明したが、本発明は、測定部に複数の電極層と固体電解質層を形成したＮＯｘセンサ等においても適宜採用し得るものである。
また、本発明は、本発明者が先に出願した通気部に掛かる発明（特願２００５−３２１１５６）を適宜採用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるガスセンサの断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における検出ユニットの製造方法を（ａ）〜（ｄ）の順を追って示す斜視図及び断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態における出力取出ユニットの製造方法を（ａ）〜（ｃ）の順を追って示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態における検出ユニットと出力取出ユニットとの組付け方法を（ａ）〜（ｂ）の順を追って示す断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態要部である出力取出手段を構成するインシュレータ、出力取出側端子の詳細を示す斜視図。
【図６】（ａ）は、本発明の出力取出側端子がインシュレータに組み付けられた状態を示す断面図、（ｂ）は、図５（ａ）中Ａ−Ａ面における矢視図、（ｃ）は、図５（ａ）中Ｂ−Ｂ面における矢視断面図、（ｄ）は、図５（ａ）中Ｃ−Ｃ面における矢視図、（ｅ）は、図５（ａ）中Ｄ−Ｄ面における矢視断面図。
【図７】本発明の第１の実施形態における効果を示す要部断面図。
【図８】本発明の第１の実施形態における要部拡大図で、（ａ）は、出力端子と出力取出側端子との導通性確保に対する効果を示し、（ｂ）は、外部振動に抗する効果を示す。
【図９】本発明の第１の実施形態における製造工程中検査の例を示す概念図であり、（ａ）は、検出ユニットの検査方法を示し、（ｂ）は、出力取出ユニットの検査方法を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００７６】
１  ガスセンサ
１０  検出ユニット
１００  ヒータ
１０１、１０２  ヒータ電極
１１０  基準電極金具
１１１  基準極端子
１１２  ヒータ把持部
１１３  基準電極接続部
１２０  測定電極金具
１２１  測定電極端子
１２２  測定電極接続部
１３０  濃度検出素子固定部材
１４０  濃度検出素子
１４１  固体電解質体
１４２  基準電極層
１４３  測定電極層
１５０  ハウジング
１５４  濃度検出素子加締め部
１５５  ボス部
１６０  カバー体
２０  出力取出ユニット
２００、２１０  信号線
２０１、２１１、２２１、２３１  接続金具
２０２、２１２  出力取出端子
２２０、２３０  通電線
２２２、２３２  通電端子
２４０  インシュレータ
２４１ａ、２４１ｂ  出力端子挿入孔
２５０  インシュレータ保持金具
２６０  ケーシング
２７０  フィルタ支持部材
２７１  支持部材通気孔
２７２  撥水フィルタ
２７３、２７４  封止部材
２７５  封止部材通気孔
２８０  ユニット溶接部
２９０  弾性座金
３  被測定ガス流路壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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