(57)【要約】【課題】製造工程中に通気性、絶縁性、応答性、シール性等の検査を可能とし、組付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】有底円筒状の固体電解質体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とヒータ１００とからなる検出ユニット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と通電端子２２１、２３１とインシュレータ２４０とケーシング２６０とからなる出力取出ユニット２０とをインシュレータ２４０内で、上記ヒータ１００の基体１０４を把持して絶縁確保する出力端子１１１、１２１と出力取出端子２０２、２１２とを、ヒータ電極１０１、１０２と通電端子２２１、２３１とを導通し、ハウジング１５０のボス部１５５とケーシング２６０の先端部２６３とを嵌着し検出ユニット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導電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、絶縁性基体の内部に発熱体を有し該発熱体に導通する基体表面に形成された一対のヒータ電極への通電により発熱するヒータと、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、外部の給電装置に接続される一対の通電線と、上記一対の信号線に接続された一対の出力取出端子と、上記一対の通電線に接続された一対の通電端子と、上記一対の出力取出端子と上記一対の通電端子と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、
上記ヒータの絶縁性基体の一部を上記基準電極出力端子と上記測定電極出力端子との絶縁性確保のための絶縁性支持部材として、上記基準電極出力端子と上記測定電極出力端子とで挟持し、
上記インシュレータに設けられたヒータ挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子と、上記ヒータ電極と上記通電端子とがそれぞれ導通され、
上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとが結合されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
上記基準電極端子と上記測定電極端子とは、上記ヒータの絶縁性基体の側面に凹面が密着する断面円弧状に形成される請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
上記出力取出端子は、弾性金属材料からなる略Ｊ字形のバネ状端子であって、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する請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
上記通電端子は、弾性金属材料からなる略Ｊ字形のバネ状端子であって、上記ヒータ電極と上記通電端子とが弾性的に接触導通する請求項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】
イオン導電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、
通電により発熱するヒータを、基準電極出力端子と基準電極接続部とヒータ把持部とを有する基準電極金具を介して上記濃度検出素子内に把持し、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装着し、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、  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ヒータと上記ハウジングとを具備し、上記出力端子と上記ヒータの表面に形成された一対のヒータ電極とを上記ハウジングより上方に露出せしめ、上記一対の出力端子によって上記ヒータを挟持せしめる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と一対の通電端子と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、上記一対の通電端子に一対の通電線を接続し、上記一対の信号線と上記一対の通電線と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、上記通電線と、上記出力取出端子と、上記通電線端子と、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、
上記出力取出端子と上記通電端子とを、弾性金属材料を用いて略Ｊ字形で平断面を持つバネ状に形成する出力取出端子形成工程と、
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ヒータ挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子と、上記ヒータ電極と上記通電端子とのそれぞれを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。
【請求項６】
上記一対の出力端子を、弾性金属材料を用いて上記ヒータ表面に沿って当接する凹面が上記ヒータに向かう断面円弧状に形成する出力端子形成工程を具備する請求項５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、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、部品点数の削減や組立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、特許文献１の図２を転載した図１１（ａ）に示すように、酸素センサ素子２と、上記酸素センサ出素子２を保持する主体金具３と、上記酸素センサ素子２と電気的に導通し、上記酸素センサ素子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、自身の先端部で上記主体金具３と接続する金属外筒２１と、上記金属外筒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、上記セパレータ３１の鍔部３４には外筒当接面３４ａが形成され。上記金属外筒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、上記セパレータ３１が、後端側に付勢された状態で上記金属外筒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り、センサ端子部材自身やセンサ端子部材と濃度検出素子との間に生じる応力に起因する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を転載した図１１（ｂ）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を転載した図１１（ｃ）、（ｄ）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にあるような従来のガスセンサの構造並びに製造方法では、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、図１１（ｃ）に示すようにヒータ１５はセンサ素子２の側にではなく、セパレータ３１側に設けざるを得ず、図１１（ｄ）に示すように、ヒータ１５をセンサ素子２内に挿入する際には、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。
また、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。
【００１２】
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との接触導通が不完全になる虞がある。
【００１３】
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。
【００１４】
また、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。
【００１５】
更に、従来のガスセンサの構造および製造方法では、ヒータが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。
【００１６】
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、組み付け容易で信頼性の高い構造のガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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導電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、絶縁性基体の内部に発熱体を有し該発熱体に導通する基体表面に形成された一対のヒータ電極への通電により発熱するヒータと、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、外部の給電装置に接続される一対の通電線と、上記一対の信号線に接続された一対の出力取出端子と、上記一対の通電線に接続された一対の通電端子と、上記一対の出力取出端子と上記一対の通電端子と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、
上記ヒータの絶縁性基体の一部を上記基準電極出力端子と上記測定電極出力端子との絶縁性確保のための絶縁性支持部材として、上記基準電極出力端子と上記測定電極出力端子とで挟持し、
上記インシュレータに設けられたヒータ挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子と、上記ヒータ電極と上記通電端子とがそれぞれ導通され、
上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとが結合されている。
【００１８】
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。
また、上記一対の出力端子が上記ヒータを両側から挟持するので上記ヒータの配設位置が安定化され、上記ヒータの位置ズレ等による上記通電端子と上記ヒータ電極との接触不良の発生を防止できる上に、上記ヒータの絶縁性基体によって上記出力端子の絶縁性が確保されるので、出力端子の短絡の虞がない。
更に、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を向上することができる。
【００１９】
請求項２の発明では、上記基準電極端子と上記測定電極端子とは、上記ヒータの絶縁性基体の側面に凹面が密着する断面円弧状に形成される。
【００２０】
請求項２の発明によれば、上記ヒータが上記基準電極端子と上記測定電極端子とによって包まれるように把持されるので、上記ヒータの動きが四方に渡って拘束され、上記ヒータの取付状態をより安定化できる。従ってガスセンサの信頼性を更に向上することができる。
【００２１】
請求項３の発明では、上記出力取出端子は、弾性金属材料からなる略Ｊ字形のバネ状端子であって、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する。
【００２２】
請求項３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続されているので、車両の振動等により導通が遮断されることがない。
更に、両端子の接触面において上記出力端子が円弧断面状で、上記出力取出端子が平断面状であるので、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、必ず一点で点接触するため両端子は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。
【００２３】
請求項４の発明では、上記通電端子は、弾性金属材料からなる略Ｊ字形のバネ状端子であって、上記ヒータ電極と上記通電端子とが弾性的に接触導通する。
【００２４】
請求項４の発明によれば、上記通電端子が上記ヒータ電極を弾性的に押圧し、上記ヒータ電極と上記通電端子とが互いに密着しているので、車両の振動が加わったとしても、常に導通が確保される。
更に、上記通電端子が上記ヒータを両側から弾性的に把持するので上記ヒータの振動による位置ずれが更に抑制される。従って、ガスセンサとしての信頼性が更に向上する。
【００２５】
請求項５の発明では、イオン導電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、
通電により発熱するヒータを、基準電極出力端子と基準電極接続部とヒータ把持部とを有する基準電極金具を介して上記濃度検出素子内に把持し、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装着し、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、  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ヒータと上記ハウジングとを具備し、上記出力端子と上記ヒータの表面に形成された一対のヒータ電極とを上記ハウジングより上方に露出せしめ、上記一対の出力端子によって上記ヒータを挟持せしめる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と一対の通電端子と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、上記一対の通電端子に一対の通電線を接続し、上記一対の信号線と上記一対の通電線と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、上記通電線と、上記出力取出端子と、上記通電線端子と、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、
上記出力取出端子と上記通電端子とを、弾性金属材料を用いて略Ｊ字形で平断面を持つバネ状に形成する出力取出端子形成工程と、
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ヒータ挿入孔内で、上記出力端子と上記出力取出端子と、上記ヒータ電極と上記通電端子とのそれぞれを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。
【００２６】
請求項５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。
上記ヒータの基体の一部を上記測定電極端子と上記基準電極端子との絶縁性確保に利用できる上に、上記測定電極端子と上記基準電極端子とによって上記ヒータを把持して上記ヒータの取付を安定化できるので極めて合理的である。
また、上記基準電極金具を用いて上記ヒータの固定と同時に上記基準電極端子の装着が可能となるため極めて合理的である。
加えて、上記出力取出ユニットの組み立て工程において、従来のように上記ヒータを保持する必要が無く、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。
【００２７】
更に、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとの組み付け時において、上記ヒータは上記濃度検出素子内に安定した状態で組み付けられている上に、上記出力取出端子と上記通電端子とが弾性的に撓みながら上記ヒータが挿入されるので上記ヒータに無理な力が作用せず、組み付け時に上記ヒータを破損する虞が無く、上記出力取出端子が上記ヒータを挿入する際に挿入を案内するガイドとしても作用する。
従って、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとの組み付け工程の合理化が極めて容易である。
【００２８】
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。
【００２９】
請求項６の発明では、上記一対の出力端子を、弾性金属材料を用いて上記ヒータ表面に沿って当接する凹面が上記ヒータに向かう断面円弧状に形成する出力端子形成工程を具備する。
【００３０】
請求項６の発明によれば、上記出力端子が上記ヒータを弾性的に押圧しながら密着するので、上記出力端子による上記ヒータに対する拘束力が増す。
上記出力端子と上記ヒータとが互いに拘束しあうので、両者の位置が安定し、上記検出ユニットと上記出力取出ユニットとの組み付け時に上記出力端子の変形や上記ヒータの位置ズレ等を起こす虞がなく、組み付け容易である。
【発明の効果】
【００３１】
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】
【００３２】
以下に、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（以下、全ての図面において同様である。）とする。
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。
上記検出ユニット１０は、濃度検出素子１４０と、上記濃度検出素子１４０内に挿入され通電により発熱するヒータ１００と、上記濃度検出素子１４０を被測定ガス流路内に固定するハウジング１５０と、上記濃度検出素子１４０から延設され上記ハウジングから露出し基端側で上記ヒータ１００を把持する一対の出力端子金具１１０、１２０と、上記濃度検出素子１４０と上記ハウジング１５０との間に介される固定部材１３０と、上記濃度検出素子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。
【００３３】
上記濃度検出素子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、上記固体電解質体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。
【００３４】
上記一対の出力端子金具１１０、１２０は、基準電極金具１１０と測定電極金具１２０とからなり、上記基準電極金具１１０は、基準電極出力端子１１１と基準電極接続部１１２とヒータ把持部１１３とからなり、上記測定電極金具１２０は、測定電極出力端子１２１と測定電極接続部１２２とからなる。
上記規準電極端子１１１と上記測定電極端子１２１とによって一対の出力端子を構成している。
【００３５】
上記ヒータ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、上記発熱体１０３に接続された図略の一対のリード線が上記ヒータ基体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。
【００３６】
上記濃度検出素子１４０の内側に上記規準電極金具１１０が挿嵌され、上記基準電極層１４２と上記基準電極接続部１１２とが電気的に接続されている。
上記濃度検出素子１４０の外側に上記測定電極金具１２０が挿嵌され、上記測定電極層１４３と測定電極接続部１２２とが電気的に接続されている。
【００３７】
上記ヒータ１００は上記濃度検出素子１４０内に挿入され上記濃度検出素子内で上記ヒータ把持部１１３によって弾性的に固定され、更に上記濃度検出素子から基端側に露出した位置で上記基準電極端子１１１と上記測定電極１２１とによって弾性的に把持されている。
【００３８】
上記ハウジング１５０には上記ハウジング係合部１５１が形成されており、金属製緩衝部材１３１を介して上記固体電解質体係合部１４４と上記ハウジング係合部１５１とが係合して上記濃度検出素子１４０が上記ハウジング１５０内に係止されており、更に上記濃度検出素子１４０と上記ハウジング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、例えばセラミック、ガラス等の絶縁性封止部材１３４、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上記濃度検出素子固定部材１３０によって充填され、上記ハウジング１５０の上端縁のハウジング加締め部１５４が加締められて上記濃度検出素子１４０が上記ハウジング１５０内に固定され一体となっている。
【００３９】
上記出力取出ユニット２０は、一対の出力取出端子２０２、２１２と、上記出力取出端子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、上記通電端子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。
【００４０】
上記出力取出端子２０２、２１２と上記通電端子２２２、２３２とは、上記インシュレータ２４０によって絶縁状態で固定されており、基端側の端部が上記インシュレータから露出し、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。
上記インシュレータ２４０には、略十字形のヒータ挿入孔２４１が形成されている。
【００４１】
上記出力取出端子２０２、２１２、上記通電端子２２２、２３２はそれぞれ弾性金属材料を用いて略Ｊ字形のバネ状に形成されており、上記出力取出端子２０２、２１２の先端側がと上記通電端子２２２、２３２の先端側とが上記ヒータ挿入孔２４１内に露出している。
上記ヒータ挿入孔２４１内で上記出力端子１１１、１２１と上記出力取出端子２０２、２１２とが弾性的に接続されており、上記ヒータ電極１０１、１０２と上記通電端子２２２、２３２とが弾性的に接続されている。
【００４２】
上記インシュレータ２４０は上記インシュレータ保持金具２５０により、上記ケーシング２６０内に弾性的に固定されている。
【００４３】
上記ケーシング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、外部に接続される上記信号線２００、２１０と上記通電線２２０、２３０とが、上記封止部材２７３、２７４により絶縁支持されている。
【００４４】
更に、上記封止部材２７３、２７４は略円筒状で中心には上記フィルタ支持部材２７０と上記撥水フィルタ２７２とが嵌入されている。
上記フィルタ支持部材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、上記フィルタ支持部材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。上記撥水フィルタ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】
上記封止部材２７３、２７４には、上記支持部材通気孔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、上記ケーシング２６０には、複数のケーシング通気孔２６４が形成され、上記封止部材通気孔２７５と連通している。
【００４６】
上記ケーシング２６０の先端側２６３は、上記ハウジング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】
上記ガスセンサ１は、上記ハウジング１５０に形成されたネジ部１５３によって被測定ガス流路内に上記濃度検出素子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上記検出ユニット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上記発熱体１０３に導通する上記ヒータ基体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、上記濃度検出素子１４０とする。
この時、図２（ａ）に示すように、上記固体電解質体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、上記測定電極層１４３は上記固体電解質体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と上記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と上記測定電極コネクタ部１４３ａと上記測定電極層測定部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】
上記基準電極金具１１０は、ステンレス等の弾性金属材料からなり、基端側に延び、軸中心に向かって凹となる断面円弧状の上記基準電極出力端子１１１と、上記濃度検出素子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、上記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）に形成した上記ヒータ把持部１１３とが形成されている。
上記ヒータ把持部１１３を弾性的に拡径しながら上記ヒータ１００を挿入し、更に上記ヒータ１００と共に上記基準電極接続部１１２を縮径しながら上記固体電解質体１４１内に挿入する。
【００５１】
上記測定電極金具１２０はステンレス等の弾性金属材料からなり、基端側に延び軸中心に向かって凹となる断面円弧状の測定電極端子１２１と、上記濃度検出素子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とが形成されている。
上記測定電極把持部１２２を弾性的に拡径しながら上記測定電極１４２の形成された上記固体電解質体１４１の基端側上部に挿嵌する。
【００５２】
以上により、図２（ｂ）に示すように、上記規準電極接続部１１２が上記規準電極層１４２の形成された上記固体電解質体１４１の内側を押圧しながら上記固体電解質体１４１の内側に固定され、上記ヒータ把持部１１３によって上記ヒータ１００の中腹が把持され、上記規準電極端子１１１と上記測定電極端子１２１十によって上記ヒータ１００の上部が両側から押圧されつつ把持され、上記測定電極接続部１２２が上記測定電極コネクタ部１４３ａを押圧しながら上記固体電解質体１４１の上部に固定される。
【００５３】
次いで、上記固定部材１３０として金属製緩衝部材１３１を上記ハウジング内に挿入し、次いで上記濃度検出素子１４０を略円筒状のハウジング１５０内に挿入し、上記固体電解質体係合部１４４と上記ハウジング係合部１５１とを上記金属製緩衝部材１３１を介して係合せしめ、更に上記濃度検出素子１４０と上記ハウジング１５０との間の空隙を、上記固定部材１３０として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。
上記ハウジング１５０の先端側には、上記濃度検出素子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を取り付ける。
【００５４】
図２（ｃ）に示すように、上記ハウジング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）に示すように一対の出力端子１１１、１２１と上記ヒータ電極１０１、１０２とが上記ハウジング１５０の基端側に露出し、上記出力端子１１１、１２１によって上記ヒータ基体１０４が把持された上記素子側ユニット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。
【００５５】
次いで、図３に（ａ）〜（ｃ）の順を追って示した上記出力取出ユニット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を上記インシュレータ保持金具２５０に装着し、上記出力取出端子２０２、２１２と、上記通電端子２３２２２２とを上記インシュレータ２４０に挿入固定する。なお、上記インシュレータ２４０、上記出力端子２０２、２１２、通電端子２２２、２３２についての詳細は後述する。
【００５６】
上記ケーシング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、上記径小部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、上記径小部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。
【００５７】
上記ケーシング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、上記信号線２００、２１０と上記通電線２２０、２３０との先端を上記ケーシング２６０の先端側へ引き出す。
接続金具２０１、２１１を用いて、上記出力取出端子２０２、２１２と信号線２００、２１０とを圧着接続し、接続金具２２１、２３１を用いて上記通電端子２２２、２３２と通電線２２０、２３０とを圧着接続する。
【００５８】
上記封止部材２７３、２７５を上記ケーシング係合部２６２に当接するまで挿入し、上記ケーシング係合部２６２に係止せしめる。
上記封止部材２７３、２７５の軸中心に設けられたフィルタ挿入孔２７７、２７８に、上記撥水フィルタ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。
上記ケーシング通気孔２６４と上記封止部材２７３、２７５に設けられた封止部材通気孔２７４、２７６とが連通し、上記撥水フィルタ２７２を介して上記フィルタ支持部材２７０に設けられた支持部材通気孔２７１と連通した増体となる。
【００５９】
上記信号線２００、２１０と上記通電線２２０、２３０とを基端側へ引き戻しつつ、上記インシュレータ２４０の保持された上記インシュレータ保持金具２５０を上記ケーシング大径部２６３内に挿入し、上記インシュレータ保持金具２５０によって弾性的に保持せしめる。
【００６０】
上記ケーシング径小部２６１の２箇所のケーシング加締め部２６６、２６７を加締めて上記封止部材２７３、２７５とともに上記信号線２００、２１０、上記通電線２２０、２３０、上記撥水フィルタ２７２および上記フィルタ支持部材２７０を固定すると上記出力取出ユニット２０が完成する。
【００６１】
上記ガスセンサ１の完成工程を表した図４（ａ）、（ｂ）に示すように、上記検出ユニット１０のボス部１５５を上記出力取出ユニット２０の上記ケーシング大径部２６３内に挿入すると、上記出力端子１１１、１２１と上記ヒータ１００とが上記インシュレータ２４０に形成された上記ヒータ挿入孔２４１内に挿入され、上記出力端子１１１、１２１と上記出力取出端子２０２、２１２とが導通状態となり、上記ヒータ電極１０１、１０２と上記通電端子２３２、２２２とが導通状態となる。
次いで、上記ハウジングボス部１５５と上記ケーシング大径部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。
【００６２】
図５を参照して、本発明の要部である上記出力取出端子２０２、２１２、上記通電端子２２２、２３２、上記インシュレータ２４０について詳述する。
図５は上記出力取出端子２０２、２１２、上記通電端子２２２、２３２、上記インシュレータ２４０の詳細を示す斜視図である。
【００６３】
上記出力取出端子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が上記インシュレータ２４０の軸中心に向かって傾斜し、上記出力端子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Ｊ字形に形成する。
更に、上記出力取出端子２０２、２１２には、上記インシュレータ２４０に装着された時に係止する係止手段として、両側面に張り出す出力端子翼２０３、２１３を形成する。
【００６４】
上記通電端子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が上記インシュレータ２４０の軸中心に向かって傾斜し、上記ヒータ端子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Ｊ字形に形成する。
更に、上記インシュレータ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。
【００６５】
図６（ａ）に、上記インシュレータ２４０の詳細および上記インシュレータ２４０内に上記出力端子２０２、２１２と上記通電端子２２２、２３２とを挿入固定した時の状態を示す。図６（ａ）に示すように上記インシュレータ２４０には、上記出力取出端子２０２、２１２、上記通電端子２２２、２３２を挿入するための略十字形のヒータ挿入孔２４１が形成され、上記ヒータ挿入孔には、更にスリット状の係止部２４２が穿設されている。
上記出力端子２０２、２１２、上記通電端子２２２，２３２はそれぞれ上記出力端子翼部２０３、２１３、上記通電端子翼部２２６、２３６が上記スリット状係止部２４２に挿入係止されている。
図６（ｂ）は、Ｂ−Ｂ面における矢視断面図、（ｃ）は、Ａ−Ａ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。
【００６６】
図７（ａ）〜（ｃ）、（ｄ）〜（ｆ）に上記出力端子１１１、１１２と上記ヒータ１００とが上記インシュレータ２４０内に挿入される様子を示す。
図７（ａ）に示すように、上記ヒータ１００が挿入されると上記出力取出端子２０２、２１２の上記傾斜部２０５、２１５が押し広げられるので上記ヒータ１００には特に強い抵抗力が働かない。図７（ｂ）に示すように、一旦、上記ヒータ１００が上記傾斜部２０５、２１５の間に挿入されると、上記傾斜部２０５、２１５の復元力によって上記ヒータ１００が両側から支えられながら挿入される。
上記ヒータの挿入が完了すると図７（ｃ）に示すように、上記出力端子１１１、１２１と上記出力取出端子２０２、２１２とが上記当接部２０４、２１４で弾性的に接触し、導通状態となる。
【００６７】
また、図７（ｄ）〜（ｆ）に示すように、上記ヒータ１００を上記インシュレータ２４０内に挿入すると上記通電端子２２２、２３２が弾性的に撓むので上記ヒータ１００の挿入に際して邪魔せず、挿入後には上記ヒータ電極１０１、１０２と上記通電端子２２２、２３２とが弾性的に接続される。
【００６８】
図８（ａ）は図７（ｃ）中Ａ−Ａ断面における矢視断面図、（ｂ）は図７（ｃ）中Ｂ−Ｂ断面における矢視断面図である。
図８（ａ）に示すように、上記ヒータ１００に形成されたヒータ電極１０１、１０２は円弧断面を有し、上記通電端子２２２、２３２の接触部２２５、２４５は平断面を有しているので、上記ヒータ１００が上記濃度検出素子１４０内で回転して円周方向にずれて装着されたとしても、必ず一点で接触するため上記ヒータ電極１０１、１０２と上記通電端子２２２、２３２との導通が確実となる。
【００６９】
図８（ｂ）に示すように、上記基準電極金具１１０または上記測定電極金具１２０の装着位置が上記濃度検出素子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上記出力端子１１１、１２１が上記出力取出端子に向かって凸となる円弧断面を有し、上記出力取出端子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し、上記ヒータ１００が上記出力端子１１１、１２１を凹面側から支えているので、上記出力取出端子１１１、１２１のバネによる押圧力が上記接触点に集中するので上記出力端子１１１、１２１と上記出力取出端子２０２、２１２とが確実に導通される。
【００７０】
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、組上がった上記検出ユニット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上記ガス流路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、上記検出ユニット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で検知すると上記検出ユニット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、上記ケーシング２６０と上記出力取出端子２０２、２１２、上記通電端子２２２、２３２等との絶縁性を測定したり、上記出力取出ユニット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上記出力取出ユニット２０の品質の評価が可能となる。
同様の圧力計８等を用いた手段により上記検出ユニット10のシール性の評価も可能となる。
【００７１】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、規準電極端子１１１ａを軸心に向かって傾斜するように形成した基準電極金具１１０ａと測定電極端子１２１ａを軸心に向かって傾斜するように形成した測定電極金具１２０ａとを用いると、上記ヒータ基体１０４を押圧する弾性力が高まり、上記ヒータ１００の耐震性が更に向上する。
また、図１０（ｃ）に示すように、上記基準電極接続部１１２の端縁に上記測定電極１２１と上記測定電極接続部１２２とのいずれにも接触しない位置で外側に向かって張り出す基準電極端子係止部１１４を形成した基準電極金具１１０ｂを用いると上記固体電解質体１４１の上端縁に係止するので、上記基準電極金具１２１０ｂの位置決めが容易となる。
【００７２】
なお、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】
【００７３】
【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、インシュレータ保持金具の詳細を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）〜（ｄ）。
【図６】（ａ）は、本発明の出力取出端子と通電端子と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Ｂ−Ｂ面における矢視断面図、（ｃ）は、図５（ｂ）中Ｃ−Ｃ面における矢視平面図、（ｄ）は、図５（ａ）中Ａ−Ａ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効果を示す要部拡大図。
【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】本発明の別の実施形態を示す斜視図および断面図。
【図１１】（ａ）は、従来の構造のガスセンサの全体構成を示す一部断面図、（ｂ）は、従来の構造の酸素センサにおいてセパレータへの酸素センサ素子及びヒータの組み付け状態を示す分解斜視図、（ｃ）は、センサ端子金具等を内部に保持したセパレータを金属外筒に配置した状態を示す一部断面図、（ｄ）は、従来の酸素センサにおいてヒータを酸素センサ素子の後端側開口に導いて挿入する様子を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
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】
2008111712.tif 000003
【図２】
2008111712.tif 000004
【図３】
2008111712.tif 000005
【図４】
2008111712.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008111712.tif 000008
【図７】
2008111712.tif 000009
【図８】
2008111712.tif 000010
【図９】
2008111712.tif 000011
【図１０】
2008111712.tif 000012
【図１１】
2008111712.tif 000013