(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング、該ハウジング内に配置されたガスセンサ素子、及び上記ハウジングの内側面と該ハウジング内に配置されたセンサ構成部材の外側面との間に層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材を充填し、上記ハウジングと上記センサ構成部材との間を封止してなる充填部を有するガスセンサにおいて、
上記充填部におけるタルクのＣ軸の、上記ガスセンサの軸方向に対する配向度が６０〜８３％であり、
上記充填部の気孔率は１０％以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサにおいて、上記センサ構成部材は上記ガスセンサ素子であり、上記充填部は上記ハウジングと上記ガスセンサ素子との間に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のガスセンサは、上記ハウジングと、該ハウジング内に配置されたインシュレータと、該インシュレータ内に配置された上記ガスセンサ素子とを有し、上記センサ構成部材は上記インシュレータであり、上記充填部は上記ハウジングと上記インシュレータとの間に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項３において、上記インシュレータは、アルミナからなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、上記充填部は、上記粉末充填材としてタルクの天然鉱物の塊状粉が充填されてなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサにおいて、上記塊状粉の平均粒径は、１００〜６００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のガスセンサにおいて、上記粉末充填材としては、水又は無機バインダーにより被覆された上記塊状粉が用いられていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、上記ガスセンサ素子は、ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる固体電解質体を有し、上記ハウジングは、ステンレス鋼からなることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気系には、排ガス中の酸素濃度等の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサが配設されている。
該ガスセンサは、筒状のハウジングの内側に、ガスセンサ素子を挿通配置してなる。また、筒状のハウジングの内側に、インシュレータを挿通配置し、該インシュレータ内にガスセンサ素子を挿通配置してなるガスセンサ素子もある。
【０００３】
ガスセンサにおいては、ハウジングと他のセンサ構成部材との間、具体的にはハウジングとセンサ素子との間、又はハウジングとインシュレータとの間に、粉末充填材が充填され、これらの間が封止された充填部が形成されている（特許文献１参照）。粉末充填材としては、例えばタルクの造粒粉が用いられていた。これにより、ハウジングとセンサ素子又はインシュレータとの気密性を確保して、被測定ガス雰囲気（排ガス雰囲気）と基準ガス雰囲気（例えば大気雰囲気）とを分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の排ガス規制の強化に伴い排ガスの温度上昇が見込まれ、ガスセンサ素子又はインシュレータとハウジングとの間の気密性の低下が懸念される。気密性が低下して被測定ガス側の排ガス等が基準ガス側の大気等に拡散すると、センサ出力が低下し、ガスセンサとして十分にその性能を発揮することができなくなってしまう。
【０００６】
本願発明者らは、気密性の低下の原因として考えられる要因に着目した。
即ち、従来においては、上記充填部に充填する粉末充填材として、薄片状のタルク９０１が凝集してなる造粒粉９０が用いられている（図７（ａ）参照）。この造粒粉９０をハウジングとセンサ素子との間、又はインシュレータとハウジングとの間の隙間に圧力をかけて充填して充填部９を形成すると、相互に滑り易い薄片状のタルク９０１が充填部９において例えば９０％以上という高い配向度を示す（図７（ｂ）参照）。
【０００７】
このように高い配向度でタルクが充填された充填部においては、ガスセンサの径方向（筒形状のハウジングにガスセンサ素子又はインシュレータを挿通する方向を軸方向とすると、該軸方向と垂直な方向）における熱膨張率が非常に小さくなる。そのため、ガスセンサにおいて、加熱と冷却の冷熱サイクルが繰り返し行われると、ハウジング、ガスセンサ素子、インシュレータ等の膨張・収縮に充填部が追従できなくなり、上述のように充填部における気密性の低下が起こる。
また、造粒粉９０を用いて形成した充填部９においては、空隙９０２が多くなる。そのため、軸力変動によりタルク９０１が動き易くなり、上記充填部の気密性が低下し易くなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、ハウジングと、ガスセンサ素子又はインシュレータ等のセンサ構成部材との間の充填部における気密性の低下を防止することができるガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、筒状のハウジング、該ハウジング内に配置されたガスセンサ素子、及び上記ハウジングの内側面と該ハウジング内に配置されたセンサ構成部材の外側面との間に層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材を充填し、上記ハウジングと上記センサ構成部材との間を封止してなる充填部を有するガスセンサにおいて、
上記充填部におけるタルクのＣ軸の、上記ガスセンサの軸方向に対する配向度が６０〜８３％であり、
上記充填部の気孔率は１０％以下であることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記ガスセンサにおいては、上記充填部におけるタルクのＣ軸の配向度が６０〜８３％であり、上記充填部の気孔率が１０％以下である。
そのため、上記ガスセンサにおいて、上記充填部は、加熱冷却を繰り返し行う冷熱サイクルにおいても、上記ハウジングや上記センサ構成部材の膨張・収縮に追従することができる。その結果、上記ガスセンサにおいては、上記充填部の気密性の低下を防止することができる。また、上記ガスセンサの上記充填部においては、軸力変動が発生してもタルクを主成分とする粉末充填材が動きにくくなり、上記充填部の気密性が低下することを防止することができる。
なお、タルクのＣ軸の配向度は、タルクのＣ軸がガスセンサの軸方向に対して配向する割合を示すものであり、以下、適宜、単に「Ｃ軸配向度」という。
【００１１】
このように、上記ガスセンサによれば、ハウジングと、ガスセンサ素子又はインシュレータ等のセンサ構成部材との間の充填部における気密性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、コップ型のガスセンサ素子を備えるガスセンサの縦断面説明図。
【図２】実施例１における、ガスセンサのハウジング付近の縦断面説明図
【図３】実施例１における、充填部の要部説明図。
【図４】実施例１における、タルクの天然鉱物の塊状粉を示す説明図（ａ）、ガスセンサの充填部におけるタルクの充填状態を示す説明図。
【図５】タルクの熱膨張係数とＣ軸配向度との関係を示す説明図。
【図６】実施例２における、積層型のガスセンサ素子を備えるガスセンサのハウジング付近の縦断面説明図。
【図７】タルクの造粒粉を示す説明図（ａ）、従来のガスセンサの充填部におけるタルクの充填状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、上記ガスセンサの好ましい実施形態について説明する。
上記ガスセンサにおいて、上記充填部におけるタルクのＣ軸配向度は、６０〜８３％である。
上記充填部における上記粉末充填材のＣ軸配向度が上述の上限を超える場合には、充填部において軸力変動によりタルクを主成分とする上記粉末充填材が動き易くなる。そのため、高温時に充填部とハウジングなどとの熱膨張差が大きくなり、充填部における気密性が低下し易くなるおそれがある。一方、Ｃ軸配向度が上述の下限を下回る場合には、上記充填部において、センサの軸方向に対して略平行に配置される薄片状（鱗片状）のタルクの割合が多くなり、充填部において軸方向にガスの拡散経路が形成されやすくなる。そのため、結局は、充填部における気密性が低下し易くなるおそれがある。より好ましくは、上記充填部における上記粉末充填材のＣ軸配向度は６５〜８０％であることがよい。
【００１４】
上記粉末充填材のＣ軸配向度は、熱膨張係数を測定することにより計測することができる。即ち、タルクを主成分とする粉末充填材と熱膨張係数との間には、図５に示すように、相関がある。したがって、上記粉末充填材の熱膨張係数を測定することにより、Ｃ軸配向度を求めることができる。具体的な測定方法は、後述の実施例において説明する。
【００１５】
また、上記充填部における気孔率は１０％以下である。
上記充填部における気孔率が１０％を超える場合には、軸力変動により、タルクを主成分とする粉末充填材が動き易くなり、上記充填部の気密性が低下し易くなるおそれがある。上記充填部における気孔率は８％以下であることがより好ましく、さらに好ましくは７．５％以下がよい。
気孔率は、水銀圧入法により測定することができる。具体的な測定方法は、後述の実施例において説明する。
【００１６】
上記ガスセンサにおいて、上記充填部は、ハウジングの内側面と他のセンサ構成部材の外側面との間に形成され、上記ハウジングと上記センサ構成部材との間を封止する。
ハウジングとしては、熱膨張係数が１０×１０-6〜１２×１０-6／℃の金属製のものを用いることができる。センサ構成部材としては、例えばガスセンサ素子やインシュレータ等があり、例えば熱膨張係数が７×１０-6〜１１×１０-6／℃のものを用いることができる。
【００１７】
上記センサ構成部材は上記ガスセンサ素子であり、上記充填部は上記ハウジングと上記ガスセンサ素子との間に形成することができる（請求項２）。
この場合には、上記ガスセンサにおいて、上記充填部の径方向における熱膨張率を上記ハウジングと上記ガスセンサ素子の熱膨張率に近づけることができる。そのため、上記充填部は、冷熱サイクルにおいても、ハウジング及びガスセンサ素子の膨張・収縮により追従し易くなり、上記充填部の気密性の低下をより確実に防止することができる。
上記充填部を、上記ハウジングと上記ガスセンサ素子との間に形成する具体的なガスセンサとしては、所謂コップ型のガスセンサ素子を有するガスセンサがある。
【００１８】
また、上記ハウジングと、該ハウジング内に配置されたインシュレータと、該インシュレータ内に配置された上記ガスセンサ素子とを有し、上記センサ構成部材は上記インシュレータであり、上記充填部は上記ハウジングと上記インシュレータとの間に形成することができる（請求項３）。
この場合には、上記ガスセンサにおいて、上記充填部の径方向における熱膨張率を上記ハウジングと上記インシュレータの熱膨張率に近づけることができる。そのため、上記充填部は、冷熱サイクルにおいても、ハウジング及びインシュレータの膨張・収縮により追従し易くなり、上記充填部の気密性の低下をより確実に防止することができる。
上記充填部を、上記ハウジングと上記インシュレータとの間に形成する具体的なガスセンサとしては、所謂積層型のガスセンサ素子を有するガスセンサがある。
【００１９】
上記ガスセンサ素子は、ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる固体電解質体を有し、上記ハウジングは、ステンレス鋼からなることが好ましい（請求項８）。
また、上記インシュレータは、アルミナからなることが好ましい（請求項４）。
これらの場合には、径方向における上記充填部の熱膨張率を、ガスセンサ素子又はインシュレータとハウジングの熱膨張率により近づけることができる。そのため、上記充填部は、冷熱サイクルにおいても、ガスセンサ素子又はインシュレータとハウジングとの膨張・収縮により一層追従し易くなり、上記充填部の気密性の低下をより一層確実に防止することができる。
【００２０】
上記充填部は、上記粉末充填材としてタルクの天然鉱物の塊状粉が充填されてなることが好ましい（請求項５）。
即ち、タルクの造粒粉ではなく、天然鉱物を粉砕してなる塊状粉を、荷重をかけて充填し、上記充填部を形成することが好ましい。
天然鉱物の塊状粉４０においては、薄片状（鱗片状）のタルク４０１が同一方向に配向（Ｃ軸の配向度ほぼ１００％）し、タルク４０１が積層された構造をしている（図４（ａ）参照）。そのため、ガスセンサにおいて、荷重をかけて塊状粉４０を充填して充填部４を形成すると、充填部４においては、塊状粉４０を構成する層状化合物であるタルク４０１が相互に滑りあって充填部４の空隙を埋める（図４（ｂ）参照）。一つの塊状粉４０を構成するタルク４０１は同じ方向に滑るが、各塊状粉４０は様々な向きで充填されているため、同一方向に滑って形成されたタルク４０１の集合が複数形成されると共に、各集合はそれぞれ様々な向きに配向する。図４（ｂ）においては、異なる塊状粉から形成された各集合を部分的に異なるハッチングで表してある。同図に示すごとく、同一集合においてタルクは同一方向に配向するが、各集合は互いに異なる向きに配向する。そのため、この場合には、上記充填部におけるタルクのＣ軸配向度を上記所定の範囲にし易くなる。なお、タルクのＣ軸は、天然鉱物における積層方向である（図４（ａ）参照）。
【００２１】
上記塊状粉の平均粒径は、１００〜６００μｍであることが好ましい（請求項６）。
この場合には、Ｃ軸配向度及び気孔率が上記所定の範囲の充填部をより形成し易くなる。
より好ましくは、上記塊状粉の平均粒径は２００μｍ以上がよく、５００μｍ以下がよい。
【００２２】
また、上記粉末充填材としては、水又は無機バインダーにより被覆された上記塊状粉が用いられていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記塊状粉の充填時にタルクを相互に滑り易くすることができる。そのため、Ｃ軸配向度及び気孔率が上記所定の範囲の上記充填部をより形成し易くなる。また、上記無機バインダーを用いた場合には、該無機バインダーが充填部に残存するため、気孔率をより低下させることができる。
【００２３】
上記塊状粉に対して水を用いる場合には、その添加量を上記塊状粉１００質量部に対して１．５質量部以下にすることが好ましい。
この場合には、気孔率１０％以下の上記充填部をより形成し易くなる。
また、上記塊状粉に対して無機バインダーを用いる場合には、その添加量を上記塊状粉１００質量部に対して３質量部以下にすることが好ましい。
この場合には、Ｃ軸配向度が上記上限以下の上記充填部をより形成し易くなる。
【００２４】
上記充填部の熱膨張係数は、５．５〜８．８×１０-6／℃であることが好ましい。
この場合には、上記充填部における気密性をより一層向上させることができる。
【００２５】
上記ガスセンサとしては、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置されたガスセンサ素子と、上記ハウジングと上記ガスセンサ素子との間の少なくとも一部を封止してなる充填部とを有するものがある。具体的には、所謂コップ型のガスセンサ素子を備えたガスセンサがある。
また、上記ガスセンサとしては、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置されたインシュレータと、該インシュレータ内に配置されたガスセンサ素子と、上記ハウジングと上記インシュレータとの間の少なくとも一部を封止してなる充填部とを有するものがある。具体的には、所謂積層型のガスセンサ素子を備えたガスセンサがある。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
次に、ガスセンサの実施例について説明する。
図１に示すごとく、本例のガスセンサ１は、筒状のハウジング２、該ハウジング２内に配置されたガスセンサ素子３、及びハウジング２の内側面とハウジング内に配置されたセンサ構成部材３の外側面との間に層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材を充填し、ハウジング２とセンサ構成部材３との間を封止してなる充填部４を有する。充填部４は、層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材が充填されてなる。本例においては、センサ構成部材３がガスセンサ素子である例について説明する。
【００２７】
以下、本例のガスセンサについて詳細に説明する。
本例のガスセンサは、自動車エンジンの排気系に設置され、エンジンの燃焼制御に利用される空燃比センサである。
図１及び図２に示すごとく、ＳＵＳ（熱膨張係数：１１．５×１０-6／℃）製の筒状のハウジング２に対しガスセンサ素子３が挿通配置され、ハウジング２の先端側は被測定ガス側カバー１１が、基端側には大気側カバー１２が設けてある。なお、本明細書においては、先端側とは、ガスセンサ１を内燃機関の排気系等に挿入する側をいい、その反対側を基端側という。
被測定ガス側カバー１１は内側カバー１１１と外側カバー１１２よりなる二重構造で、双方に被測定ガス導入用の導入穴１１９が設けてある。この導入穴１１９を通じて外部から被測定ガスが被測定ガス側カバー１１内に入り、カバー内に被測定ガス側雰囲気１１０を形成する。
【００２８】
大気側カバー１２の基端側には、撥水フィルタ１２２を介して外側カバー１２１を設け、大気側カバー１２及び外側カバー１２１における撥水フィルタ１２２と対面する箇所に大気の導入穴１２９を設ける。この導入穴１２９を通じて外部から大気が大気側カバー１２内に入り、大気側雰囲気１２０を形成する。
【００２９】
ガスセンサ素子３は、コップ型の固体電解質体３０と該固体電解質体３０の外側面及び内側面に設けた一対の外側電極（図示略）及び内側電極（図示略）よりなる。固体電解質体３０の内部は大気室３００が設けてあり、該大気室３００は大気側雰囲気１２０と通じている。固体電解質体３０は、ジルコニアを主成分とし、熱膨張係数が８．５×１０-6／℃である。また、図３に示すごとく、固体電解質体３０に設けた外側電極３１を覆うように、拡散抵抗層、電極保護層３０５等が設けてある
【００３０】
図１〜図３に示すごとく、ガスセンサ素子３の固体電解質体３０の外側面には、径方向外方に突出した凸部３０１が設けてあり、ハウジング２の内側面から径方向内側に突出した受部２０１に対し、凸部３０１が支持される。
凸部３０１の先端側と受部２０１との間は金属パッキン１３が配置される。
凸部３０１の基端側には粉末充填材からなる充填部４と絶縁碍子１５とが配置され、絶縁碍子１５の基端側の端面が、かしめ用の金属リング１６１を介して、ハウジング２の基端側の端部２０２によってかしめられる。
【００３１】
また、大気側カバー１２の内部にはガスセンサ素子３から引き出された端子３１１をガスセンサ外部に引き出されたリード線３１３に接続する接続金具３１２が配置される。また、符号３２１は大気側絶縁碍子、３２２は弾性絶縁部材、３９はヒータである。
【００３２】
ハウジング２とガスセンサ素子３との間には、タルクを主成分とする粉末充填材が充填されており充填部４を形成している。本例においては、後述の表１及び２に示すように、異なる条件で粉末充填材を充填して充填部４を形成する。
【００３３】
本例にかかる充填部４は次の要領で製造する。
すなわち、充填部４は、ハウジング２に金属パッキン１３、ガスセンサ素子３をいれて、タルクを主成分とする粉末充填材を、プレス成形機等を用いて事前にリング形状に予備成形した後に、ハウジング２内に供給し、荷重をかけて固定した後、絶縁碍子１５、かしめ用金属リング１６１を入れて、ハウジング２の基端側の端部２０２によってかしめられる（図２参照）。
【００３４】
より具体的には、まず、タルク原料粉として、タルク原石（天然鉱物）を粉砕機で粉砕し、乾式篩または気流分級法で、所望の粒度に調整したタルク粉末（天然鉱物の塊状粉４０）を準備した（図４（ａ）参照）。
タルクは自然鉱石であるため、不純物が入っていることが想定される。そのため、センサ使用環境、具体的にはタルク充填部の温度以上の温度（好ましくは６００〜８６０℃、より好ましくは６００〜７５０℃））で予め、熱処理を実施しておくことが好ましい。熱処理は、粉末のタルクに対して行うこともできるが、次工程に行うリング成形後におこなってもよい。タルクの平均粒径は、後述の表１及び２に示すように適宜設定する。平均粒径１００μｍ未満の比較的微粒なタルク粒子を使用する場合には、成形時における作業性を向上させるために、タルクを造粒し、顆粒状の粒子（造粒粉９０）にする（図７（ａ）参照）。
上記タルクとしては、例えばマグネサイト等からなる不純物を約０．３〜５重量％含む広西タルクや、マグネサイト、ドロマイト等の不純物を約１〜３０重量％含む海城タルクを用いる。
【００３５】
次いで、粉末充填材に水を添加する場合には、タルク粉末に対して滴量の水を添加して加湿する。水を添加した場合における粉末充填材１００質量部に対する水の添加量を後述の表１及び２に示す。
また、粉末充填材に無機バインダー（第一リン酸アルミニウム）を添加する場合には、タルク粉末及び無機バインダーを秤量し、タルク粉末に対して所定の割合で第一リン酸アルミニウム水溶液を添加する（表１及び表２参照）。次いで、回転式混合機などでタルク粒子を殆ど崩すことなく均一に混合する。バインダーを添加した場合における粉末充填材１００質量部に対するバインダ（第一リン酸アルミニウム）の添加量を後述の表１及び２に示す。
【００３６】
粉末充填材（タルク原料粉）の成形は、金型成形により実施する。これにより、リング状の粉末充填材（タルクリング）を得る。
そして、ハウジング２内に金属パッキン１３、ガスセンサ素子３を入れ、ハウジング２とガスセンサ素子３との間のリング状の隙間に、タルクリングを配置する（図１〜図３参照）。そして、粉末充填材に対して軸方向に２ｔ／ｃｍ2の荷重をかけてタルクリングを崩しながら隙間にタルク４０１を充填し、充填部４を形成する（図４（ｂ）参照）。タルクリングを充填する際には、金型（パンチ）で直接押さえてもよいし、絶縁碍子１５を介して押さえてもよい。そして、図１及び図２に示すごとく、充填部４に絶縁碍子１５、かしめ用金属リング１６１を入れて、ハウジング２の基端側の端部２０２によってかしめる。このようにして充填部４を形成する。なお、本例においては、粉末充填材をリング状に成形してタルクリングを用いたが、粉末充填材を成形せずに、粉末状のまま上述の隙間に充填することもできる。
【００３７】
本例においては、後述の表１及び表２に示すように、タルクからなる粉末充填材の平均粒径、粉末充填材１００質量部に対する水の添加量（質量部）、及び粉末充填材１００質量部に対するバインダ（第１）の添加量（質量部）を変えて、３４種類の充填部を形成し、ガスセンサを製造した。なお、平均粒径は、ロボットシフター自動乾式音波ふるい分け測定器「ロボットシフター  ＲＰＳ−８５Ｃ」を用いて測定した。
そして、各充填部における粉末充填材のＣ軸配向度（％）、気孔率（％）、熱膨張係数（／℃）を測定し、気密性の評価のために気密漏れ量を測定した。
【００３８】
「Ｃ軸配向度及び熱膨張係数」
各充填部に充填する粉末充填材と同様の条件で作製した粉末充填材を準備した。金型を用いて、粉末充填材を４×５×５０（ｍｍ）の直方体に成形し、５×５０mmの面に垂直に荷重２ｔ／ｃｍ2をかけた。そして、接触型熱膨張計（（株）アルバック理工(株)製の「ＤＬ−７０００」）により、粉末充填材の成形体の長手方向における熱膨張係数を測定した。測定条件は、室温〜７００℃、昇温速度１０℃／ｍｉｎとした。タルク結晶のＣ軸のガスセンサの軸方向に対する配向度（Ｃ軸配向度）を横軸にとり、熱膨張係数を縦軸にとると、図５に示す関係になる。同図に示すＣ軸配向度と熱膨張係数との関係は理論計算により求められる。図５より知られるように、タルクのＣ軸がガスセンサの軸方向に配向した場合にガスセンサの径方向における熱膨張係数は最小となる。図５に基づいて、熱膨張係数からＣ軸配向度を求めた。その結果を表１及び表２に示す。
【００３９】
なお、本例においては、粉末充填材を成形した成形体について、配向度を求めたが、実際にガスセンサの充填部からタルクを取り出して熱膨張率を測定し、Ｃ軸配向度を求めることもできる。この場合には、取り出したタルクを直方体に形を整え、上述のように接触型熱膨張計を用いて上述の条件と同条件で熱膨張係数を測定することができる。このとき、ガスセンサの軸方向と垂直方向の熱膨張係数（ガスセンサの径方向の熱膨張係数）を測定し、Ｃ軸配向度を求めることができる。
【００４０】
「気孔率」
気孔率の測定は、（株）島津製作所製のオートポア９５２０型にて実施した。この測定装置においては、水銀圧入法により、試料体積に対する細孔容積を測定し、気孔率を算出する。
具体的には、各充填部を形成したガスセンサにおいて、ハウジングをカットし、充填部におけるタルク（成形体）を取り出した。そして、成形体約３ｇを測定装置の測定セルに投入し、細孔容積を測定し、気孔率を算出した。その結果を表１及び表２に示す。
【００４１】
「気密性」
充填部における空気の漏れ量（ｃｃ／ｍｉｎ）で評価した。
具体的には、まず、充填部が形成されたガスセンサにおいて、充填部を６００℃に加熱した後室温（約２５℃）まで冷却するという冷熱サイクルを１０００回繰り返す。そして、冷熱サイクル後、ガスセンサに大気側又は排気側から空気を導入する。このとき、大気側と排気側の差圧を４００ｋＰａに設定し、充填部を通過して排気側又は大気側から１分間に流出した空気の漏れ量（気密漏れ量）を質量流量式測定法により測定した。その結果を表１及び２に示す。
【００４２】
【表１】
0005348434.tif 000002
【００４３】
【表２】
0005348434.tif 000003
【００４４】
表１及び表２より知られるごとく、Ｃ軸配向度が６０〜８３％であり、気孔率が１０％以下の充填部が形成されたガスセンサにおいては、気密漏れ量が少なく、充填部の気密性に優れていることがわかる。
即ち、Ｃ軸配向度が６０〜８３％であり、気孔率が１０％以下である充填部４が形成されたガスセンサ１においては、径方向における充填部４の熱膨張率をハウジング２とガスセンサ素子３の熱膨張率に近づけることができる（図１〜図３参照）。それ故、充填部４は、加熱冷却を繰り返し行う冷熱サイクルにおいても、ハウジング２、ガスセンサ素子３等の膨張・収縮に追従することができる。その結果、ガスセンサ１においては、充填部４の気密性の低下を防止することができる。また、ガスセンサ１の充填部４においては、軸力変動が発生してもタルクを主成分とする粉末充填材が動きにくくなり、充填部４の気密性が低下することを防止することができる。
【００４５】
また、充填部４は、上記粉末充填材としてタルクの天然鉱物の塊状粉が充填されてなる。そのため、ガスセンサ１において、荷重をかけて粉末充填材を充填して充填部４を形成すると、充填部４においては、塊状粉４０を構成する層状化合物であるタルク４０１が相互に滑りあって充填部４の空隙を埋めることができる（図４（ｂ）参照）。一つの塊状粉を構成するタルクは同じ方向に滑るが、各塊状粉は様々な向きで充填されているため、同一方向に滑って形成されたタルク４０１の集合が複数形成されると共に、各集合はそれぞれ様々な向きに配向する。そのため、充填部４における粉末充填材のＣ軸配向度を上記所定の範囲にし易くなる。
【００４６】
また、粉末充填材としては、水又は無機バインダーにより被覆された塊状粉を用いることができる。この場合には、塊状粉の充填時にタルクを相互に滑り易くすることができる。そのため、Ｃ軸配向度及び気孔率が上記所定の範囲の充填部４をより形成し易くなる。
【００４７】
また、ガスセンサ素子３は、ジルコニアからなる固体電解質体を有し、ハウジング２は、ステンレス鋼からなる。そのため、加熱冷却を繰り返し行う冷熱サイクルにおいても、ハウジング２、ガスセンサ素子３等の膨張・収縮に充填部４をより追従させやすくすることができる。その結果、ガスセンサ１においては、充填部４の気密性の低下をより一層防止することができる。
【００４８】
（実施例２）
実施例１においては、所謂コップ型のガスセンサ素子を備えたガスセンサについて説明したが、本例においては、所謂積層型のガスセンサ素子を備えたガスセンサについて説明する。
【００４９】
本例のガスセンサ５は、図６に示すごとく、筒状のハウジング６、該ハウジング内に配置されたガスセンサ素子７、及びハウジング６の内側面とハウジング６内に配置されたセンサ構成部材８の外側面との間に層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材を充填し、ハウジング６とセンサ構成部材８との間を封止してなる充填部４を有する。充填部４は、層状化合物であるタルクを主成分とする粉末充填材が充填されてなる。本例において、センサ構成部材８はインシュレータである。以下、詳細に説明する。
【００５０】
ガスセンサ５は、積層型のガスセンサ素子７をインシュレータ８の内側に挿通配置した状態で、ハウジング６に装着してなる。
ガスセンサ素子７は、複数のセラミックシートを積層してなる積層型のセンサ素子であって、板棒状の外形を有する。
【００５１】
インシュレータ８は、アルミナ（熱膨張係数：８×１０-6／℃）からなり、ガスセンサ素子７を内側に挿通保持してなる。また、インシュレータ８によるガスセンサ素子７の保持部の基端側は、ガラス８２によって封止されている。
【００５２】
インシュレータ８は、ＳＵＳ（熱膨張係数：１１．５×１０-6／℃）からなるハウジング６の内側に挿通配置されている。インシュレータ８の外側面には、径方向外方に突出した凸部８０１が設けてあり、ハウジング６の内側面から径方向内側に突出した受部６０１に対し、凸部８０１が支持される。
凸部８０１の先端側と受部６０１との間は金属パッキン５３が配置される。
【００５３】
凸部８０１の基端側には粉末充填材からなる充填部４と絶縁碍子５５とが配置され、絶縁碍子５５の基端側の端面が、かしめ用の金属リング５６１を介して、ハウジング６の基端側の端部６０２によってかしめられる。
充填部４は、ハウジング６とインシュレータ８との間のリング状の隙間に、実施例１と同様に粉末充填材を充填することにより形成されている。その他のガスセンサの構成は、実施例１と同様である。
【００５４】
本例のように、積層型のガスセンサ素子７を有するガスセンサ素子５においても、実施例１と同様に、Ｃ軸配向度及び気孔率が上記所定の範囲の充填部４を形成することにより、ガスセンサ５の径方向における充填部４の熱膨張率をハウジング６とインシュレータ８の熱膨張率に近づけることができる（図６参照）。
そのため、充填部４は、加熱冷却を繰り返し行う冷熱サイクルにおいても、ハウジング６、インシュレータ８等の膨張・収縮に追従できる。その結果、本例のガスセンサ５においても、充填部４の気密性の低下を防止することができる。また、ガスセンサ５の充填部４においては、軸力変動が発生してもタルクを主成分とする粉末充填材が動きにくくなり、充填部４の気密性が低下することを防止することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  ガスセンサ
２  ハウジング
３  ガスセンサ素子
４  充填部
【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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