(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末とバインダーとを湿式混合し、これを造粒乾燥し、型に入れて静水圧プレスすることにより成形体を成形し、これを削って整形した後、焼成する、酸素センサ素子の製造方法において、
少なくとも前記削りの際に出た削り粉を、前記原料粉末と前記バインダーとを混合する際に混ぜる
ことを特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の酸素センサ素子の製造方法において、
前記型が、前記原料粉末に対する前記削り粉の重量比に対応した削り代を有する成形体を成形するものであること
を特徴とする酸素センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス中の酸素濃度などを測定するのに用いられる酸素センサ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排ガス等に含まれる酸素濃度を測定するために、イットリア−ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質を主原料とする酸素センサ素子を用いた酸素センサが使用されている。
【０００３】
こうした酸素センサ素子およびその製造方法について図３を用いて説明する。まず図３（ａ）は、酸素センサ素子１の断面図である。本図に示す様に、酸素センサ素子１は、有底筒状にされており、内側には、大気に接する白金からなる内側電極が設けられ、外側には排ガスに接する白金からなる外側電極が設けられる。そして、酸素センサ素子１の底部分の内外で発生する電位差に基づいて、酸素濃度を測定する。ここではこの底部分を感知部３と呼ぶことにする。
【０００４】
図３（ｂ）は、酸素センサ素子１の製造の流れを示したものである。まず、湿式混合にて原料粉末と水溶性バインダーと水とを混合する。これをスプレードライヤにて造粒乾燥し、これを静水圧プレス（本図ではＣＩＰと表記）し、図３（ａ）に示した酸素センサ素子１の概形を成形する（この状態を成形体と呼ぶことにする）。成形体は形状がバラ付くため、削り砥石にて削りを行ない、所望の寸法および形状に整えた上で、焼成する。なお、削りの際には削り粉が出るが、これは廃棄している。また、静水圧プレスを行なうと、仕損じ品が生じることがあるが、これについても廃棄している。
【０００５】
感知部３の肉厚は、感ガス性をよくするために、できるだけ薄くする必要がある。従って、削り工程の中でも、感知部３を薄くするために行なう削りは非常に重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感知部３を薄くすると、強度が低下し、生加工時に割れ易いと言う問題がある。バインダーを増やすと強度を上げることができるが、こうすると焼成のコントロールが難しくなる。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、請求項１に記載の酸素センサ素子の製造方法（以下、単に製造方法とも言う）は、酸素センサ素子の強度を上げることにより、感知部３の肉厚を薄くできるようにすることを目的としている。
また請求項２に記載の製造方法は、請求項１に記載の製造方法において、効率的に製造することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するためになされた本発明の請求項１に記載の製造方法は、原料粉末とバインダーとを湿式混合し、これを造粒乾燥し、型に入れて静水圧プレスすることにより成形体を成形し、これを削った後、焼成する酸素センサ素子の製造方法において、少なくとも前記削りの際に出た削り粉を、前記原料粉末と前記バインダーとを混合する際に混ぜることを特徴とする。
【０００９】
つまり、この製造方法において成形された成形体には、従来の主原料であった酸素イオン伝導性固体電解質の粉末やバインダーに加え、これらが少なくとも一度、静水圧プレスを受けたものが混入されることとなる。
こうして成形された成形体の強度を測定したところ、従来の製造方法にて成形された成形体よりも強度が増した（強度の具体値については後述）。従って、削り工程において、十分薄く加工することができる。
【００１０】
なお、ここでは、削り粉を再利用するとなっているが、静水圧プレスの際に生じることがある仕損じ品は、組成的には削り粉とほとんど変わらないため、これについても、粉砕して混ぜて良い。また、この仕損じ品を粉末にしたものや、削り粉は一旦、水などに溶解してから、原料粉末に混合しても良い。
【００１１】
また請求項２に記載の製造方法では、請求項１に記載の酸素センサ素子の製造方法において、前記型が、前記原料粉末に対する前記削り粉の重量比に対応した削り代を有する成形体を成形するものであることを特徴とする。
これに反し、寸法出しに十分な程度の削り代しかない従来の型で静水圧プレスを行なうと、削り粉が不足し、酸素センサ素子の製造能率が低下する虞がある。
【００１２】
この点、請求項２記載の型を用いて静水圧プレスをすれば、十分な削り代を持たせた成形体を成形できるため、削り粉が不足することはなく、素子の製造の能率も落ちない。
なお「原料粉末に対する前記削り粉の重量比に対応した削り代」とは、例えば、重量比で原料粉末と削り粉が８０：２０であれば、所望の形状の成形体に対し、２５％の削り代を持たせることを言う。なお、前述の静水圧プレス時の仕損じ品として供給される粉末を勘案して、２５％よりも少なくしても良い。
【００１３】
削り代を持たせる部分は、感知部だけでもよいが、感知部に加え、その他の部分に持たせてもよく、これらを合わせて、削り代を２５％にしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸素センサ素子の製造方法の実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。
（実施例）
まず、図１は本発明の製造方法にしたがって、酸素センサ素子を製造する工程を示すフロー図である。
【００１５】
湿式混合にて、原料粉末と、水溶性バインダー数％と、水（約３０％）と、静水圧プレスの仕損じ品および削りで発生した削り粉を水に溶融したもの（再溶解粉末と言う）を混合する。そしてこれをスプレードライヤにて造粒乾燥し、平均粒径８０μｍの造粒粒子を得る。そして、これを静水圧プレスすることにより成形体を成形し、削り砥石にて削りを行ない、所望の寸法および形状に整えた上で、焼成する。
【００１６】
なお、従来の方法、すなわち再溶解粉末を用いない方法で製造したことがなく、また削り粉の供給源もない状態で、このフローに従って製造を試みると、最初は再溶解粉末がないため、完遂することができない。このため、初めは従来の方法、すなわち再溶解粉末を用いない方法で製造するか、もしくは他の製造ラインで製造する際に生じた削り粉の供給を受けて製造をする。
【００１７】
また、このサイクルを３回行なった後に成形された成形体と、５回行なった後に成形された成形体とを比べると、前者には４回以上プレスを受けた原料粉末が含まれていないため、厳密には両者の組成は異なる。しかし、更にサイクルを繰り返すことにより、製造される成形体の組成はほとんど変化しなくなり、安定した組成の成形体、ひいては酸素センサ素子を製造することができる。なお、組成が変化しなくなるまでにかかるサイクル数は、再溶解粉末が成形体全体に占める割合が小さいほど少なくなる。例えば、再溶解粉末の割合が２０％であれば、サイクルを３回行なった後に成形された成形体は、５回行なった後に成形された成形体と殆ど変わらない。
【００１８】
（実験例）
このようにして製造された酸素センサ素子の強度を測定した実験について図２に示す。図２（ａ）は、成形体５の強度を測定するために行なった３点曲げ試験の様子を示す正面図である。本図に示す様に、成形体５を、ブロック７の上に乗せ、３ｍｍ／ｍｉｎの速度で荷重を加え、成形体５が破壊されたときの荷重を測定する。なお、下部スパンＡの距離は１６ｍｍであり、荷重はＢ＝８ｍｍの位置に加える。
【００１９】
そして、再溶解粉末の混合割合を変えた６種類の成形体５を作成し、それぞれについて破壊荷重を測定した。この結果を［表１］に示す。
【００２０】
【表１】
0003554486.tif 000002
【００２１】
これの破壊荷重を縦軸、成形体に対する再溶解粉末の比率を横軸にとってグラフにしたのが図２（ｂ）である。このグラフからも分かるように、再溶解粉末を混入させることにより、成形体の強度は上昇する。従って、削りの際に割れが起こり難くなり、感知部をより薄く加工したり、型から出した段階で十分な薄い肉厚にすることができるようになる。
【００２２】
なお、このグラフによれば、再溶解粉末の割合を増やす程、強度が上がることになる。しかし、増やし過ぎると、再溶解粉末を、その需要に見合った量、確保するのが困難になり、製造の能率が落ちるので、静水圧プレスの仕損じ品の発生具合や削り粉の量に応じて、割合を設定すると良い。また、所望の強度に見合った混合割合にできる量の削り粉が必ず発生するように、静水圧プレスに用いる型を、削り代を持ったものにしてもよい。
【００２３】
以上、本発明を適用した実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく様々な態様で実施しうる。
例えば、有底筒状の酸素センサ素子の製造に適用したが、これ以外の焼結体に応用しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述した様に、請求項１記載の本発明では、従来の主原料であった酸素イオン伝導性固体電解質の粉末やバインダーに加え、これらが少なくとも一度静水圧プレスを受けたものが混入されることにより、従来の製造方法にて成形された成形体よりも、図２に示したように強度が増した。従って、削り工程において、感知部の肉厚を十分薄く加工することができる。
【００２５】
また、従来、廃棄していた削り粉を、再利用することになるため、廃棄物が減少し、産業廃棄物の問題の上からも好ましい。また、当初の原料粉末も、再利用される削り粉の分、減少されるため、資源節約も可能となる。
請求項２に記載の製造方法では、静水圧プレスの型が、原料粉末に対する削り粉の重量比に対応した削り代を有する成形体を成形するので、十分な削り代を持たせた成形体を成形できる。このため、削り粉が不足することはなく、酸素センサ素子の製造の能率が落ちることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した酸素センサ素子を製造する手順を示すフロー図である。
【図２】本発明の方法にて製造された酸素センサ素子の強度を測定するために行なった実験の様子を示す正面図および実験の結果を示すグラフである。
【図３】酸素センサ素子の断面図、および従来の酸素センサ素子の製造方法の手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…酸素センサ素子    ３…感知部    ５…成形体
【図１】
0003554486.tif 000003
【図２】
0003554486.tif 000004
【図３】
0003554486.tif 000005