(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に検出部が形成された棒状ないし筒状形態をなし、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子を備えた検出構造体と、
その前記検出構造体の外側に配置される主体金具と、
タルクを主体に構成され、前記主体金具の内面と前記検出構造体の外面との隙間に充填されてこれをシールするシール充填材層とを備え、
前記シール充填材層が水ガラスを２〜７重量％の範囲で含有することを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサの製造方法であって、
前記主体金具の内側に前記検出構造体を配置して、両者の隙間にタルクを主体として水ガラスを２〜７重量％含有する充填材粉末を充填することにより粉末充填層を形成する充填工程と、
その状態で該粉末充填層を前記主体金具の軸線方向に圧縮することにより、前記シール充填材層を形成する圧縮工程と、
を含むことを特徴とするガスセンサの製造方法。
【請求項３】
前記圧縮工程において、圧縮される前記粉末充填層中の水分量が０．５〜３．５重量％に調整される請求項２記載のガスセンサの製造方法。
【請求項４】
前記充填工程に先立って、前記充填材粉末を前記隙間に対応するリング状形態に成形する成形工程を含み、
前記充填工程において前記隙間に前記充填材粉末の成形体を配置し、前記圧縮工程において、その成形体を粉末充填層として、前記成形工程よりも高圧にてこれを圧縮する請求項３記載のガスセンサの製造方法。
【請求項５】
前記成形工程において前記充填材粉末は、得られる成形体の見かけ密度が２〜２．４ｇ／ｃｍ３となるように圧縮される請求項４記載のガスセンサの製造方法。
【請求項６】
前記成形工程において、前記充填材粉末は金型プレス成形されるとともに、その金型プレス成形される充填材粉末中の水分量が１．５〜３．５重量％の範囲にて調整される請求項５記載のガスセンサの製造方法。
【請求項７】
前記主体金具の内周面に沿って環状の主体金具側係合凸部が形成される一方、前記検出構造体の外周面に沿って環状の素子側係合凸部が形成され、
前記主体金具内に第一セラミックリングを前記主体金具側係合凸部に当たる位置まで挿入し、次いで前記検出構造体を前記主体金具内に、前記素子側係合凸部が該第一セラミックリングに当たる位置まで挿入し、
その状態で前記充填材粉末を、前記素子側係合凸部に関して前記第一セラミックリングとは反対側から、前記主体金具と前記検出構造体との隙間に充填して前記充填工程を実施し、
その形成された粉末充填層に関して前記第一セラミックリングとは反対側から第二セラミックリングを前記隙間内に配置し、
次いで、前記第一セラミックリングと前記第二セラミックリングとの間で前記粉末充填層を軸線方向に圧縮して前記圧縮工程を実施する請求項２ないし６のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項８】
前記第二セラミックリングに関して前記粉末充填層とは反対側から、前記主体金具の後端開口部内側に主筒の先端部を挿入し、
その主筒の先端周縁に沿って外向きに突出する形態で形成された加締め受け部を介して、前記第二セラミックリングを前記第一セラミックリングに向けて相対的に接近させることにより、前記粉末充填層をそれらセラミックリングの間にて圧縮して前記シール充填材層となし、
前記主体金具の後端開口部を軸線方向に圧縮することにより内向きに曲げつつこれを前記加締め受け部に向けて加締めることにより、前記シール充填材層の圧縮状態を保持させる請求項７記載のガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用酸素センサに代表されるガスセンサとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、外周面にセンサ取付け用のねじ部が形成された主体金具内に配置した構造のものが使用されている。この主体金具により検出素子は、排気管やエキゾーストマニホルドなどの検出空間内に取付けられ保持される。ここで、取り付け状態のガスセンサの後端側部分は排気管等の外側に露出し、センサの取付け位置によっては水しぶきや油等の飛散にさらされることがある。これが主体金具の内面を通って検出部側に漏れ込むと、検出部が汚染されたり高温のセラミック検出素子に熱衝撃が加わって破損したりするなど、いろいろな不具合が発生する。そのため、主体金具と検出素子との隙間はシール充填材によりシールされるのが通常である。
【０００３】
このようなシール充填材の材質は、使用時においてガスセンサがかなりの高温（場合によっては６００℃）に晒されることから、従来より無機系のもの、代表的なものとしてタルク（滑石）を主体とするものが使用されてきた。この場合、そのシール充填材層は、主体金具とその内側に挿通した検出素子との隙間に充填材粉末を充填し、その隙間内にて粉末充填層を軸線方向に圧縮することにより形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ガスセンサ用の充填粉末として使用されているタルクは、平均粒径が例えば１０〜１００μｍ程度の微粉が使用されている関係上、加圧したときに密度が上がりにくく、例えばセンサが使用される高温環境にて満足な気密性が必ずしも確保できない場合があった。
【０００５】
本発明の課題は、タルクを主体とした粉末を使用しつつ高温環境においても優れたシール性を確保できるシール充填材層を備えたガスセンサと、その製造方法とを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明のガスセンサは、先端部に検出部が形成された棒状ないし筒状形態をなし、測定対象となるガス中の被検出成分を検出する検出素子を備えた検出構造体と、その検出構造体の外側に配置される主体金具と、タルクを主体に構成され、主体金具の内面と検出構造体の外面との隙間に充填されてこれをシールするシール充填材層とを備え、シール充填材層が水ガラスを２〜７重量％の範囲で含有することを特徴とする。
【０００７】
上記本発明のガスセンサは、下記の工程を含む本発明の製造方法により製造することができる。
▲１▼充填工程：主体金具の内側に検出構造体を配置して、両者の隙間にタルクを主体として水ガラスを２〜７重量％含有する充填材粉末を充填することにより粉末充填層を形成する。
▲２▼圧縮工程：その状態で該粉末充填層を主体金具の軸線方向に圧縮することにより、シール充填材層を形成する。
【０００８】
なお、本発明においては、必要に応じてセラミックホルダ内に検出素子を配置し、検出素子をそのセラミックホルダとともに主体金具内に配置してもよい。セラミックホルダを設けない場合は、シール充填材層は、主体金具の内面と検出素子の外面との隙間に充填される形となる。この場合、その検出検子を検出構造体とみなす。他方、セラミックホルダを設ける場合は、シール充填材層は、主体金具の内面とセラミックホルダの外面との隙間に充填される形となる。この場合、そのセラミックホルダと検出素子との組立体を検出構造体とみなす。
【０００９】
上記本発明によれば、シール充填材層中に水ガラスを２〜７重量％の範囲で配合することで、充填材粉末の圧縮性が顕著に改善され、シール充填材層のシール性が向上して、高温においても主体金具と検出構造体との間の気密性を良好に確保することが可能となる。
【００１０】
なお、充填工程に先立って、充填材粉末を隙間に対応するリング状形態に成形する成形工程を実施することができる。この場合、充填工程において隙間に充填材粉末の成形体を配置し、圧縮工程において、その成形体を粉末充填層として、成形工程よりも高圧にてこれを圧縮することができる。この方法によれば、検出構造体と主体金具との間の狭い隙間に、所定量の原料粉末を簡単かつ確実に充填することができ、能率が向上する。
【００１１】
水ガラスは、アルカリ金属のケイ酸塩（一般式：Ｍ２Ｏ・ｎＳｉＯ２、ＭはＮａ、Ｋ等のアルカリ金属元素）の濃厚水溶液であり、ケイ酸ソーダ（Ｍ＝Ｎａ）の水溶液が代表的なものである。その溶液の水分量は充填材粉末への混合の容易性を考慮して適宜の値を採用する。なお、本明細書において充填材粉末中あるいはシール充填材層中の水ガラスは、水分含有比率１：１のものを使用する。
【００１２】
充填材粉末中あるいはシール充填材層中の水ガラス量が２重量％未満になると、充填材粉末の圧縮性改善効果が不十分となり、シール充填材層の高温でのシール性が損なわれることにつながる。他方、７重量％を超えると、充填材粉末の流動性が損なわれ、センサ製造時において次のような不具合により、シール不良発生やセンサの製造歩留まり低下を招くこととなる。
▲１▼主体金具と検出構造体との隙間へ粉末を直接充填し、これを圧縮する工程を採用する場合は、上記隙間への粉末のスムーズな流入が妨げられる。
▲２▼充填材粉末を金型プレスにより予備成形して上記隙間へ配置する工程を採用する場合は、金型キャビティへの粉末のスムーズな流入が妨げられる。
なお、水ガラスの含有量は、望ましくは３〜５重量％となっているのがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示すいくつかの実施例に基づき説明する。
（実施例１）
図１は本発明のガスセンサの一実施例たる酸素センサの内部構造を示している。該酸素センサ１は、先端が閉じた中空軸状の固体電解質部材である検出素子２と、発熱体３とを備える。検出素子２は先端部が検出部２ｋとされ、ＺｒＯ２等を主体とする酸素イオン伝導性を有する固体電解質により構成される。この検出素子２は、請求項でいう検出構造体の要部を形成するものであり、その外側には金属製のケーシング１０が設けられている。
【００１４】
ケーシング１０は、酸素センサ１を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部９ｂを有する主体金具９、その主体金具９の一方の開口部に内側が連通するように結合された内筒部材１４（主筒）、該内筒部材１４とは反対側から主体金具に取り付けられたプロテクタ１１等を備える。検出素子２の内面及び外面には、そのほぼ全面を覆うように、例えばＰｔあるいはＰｔ合金により多孔質に形成された一対の電極層が設けられている（いずれも図示せず）。なお、以下においては、検出素子２の軸方向においてその閉じた先端部に向かう側を「前方側（あるいは先端側）」、これと反対方向に向かう側を「後方側（あるいは後端側）」として説明を行う。
【００１５】
主体金具９は検出素子２の中間部外側に設けられ、検出素子２と主体金具９との隙間にはシール充填材層８が形成されている。このシール充填材層８の軸線方向両側には、検出部２ｋ側の第一セラミックリング６及びこれと反対側の第二セラミックリング７との、都合２つのセラミックリングが配置されている。これにより、検出素子２は主体金具９と電気的に絶縁された状態でこれを貫通している。
【００１６】
シール充填材層８は、両セラミックリング６，７の間で軸線方向に圧縮され、主体金具９の内面と検出素子２の外面との間をシールする役割を果たしている。ここで、該シール充填材層８はタルクを主体とする無機物質粉末からなり、水ガラスが２〜７重量％（望ましくは３〜５重量％）の範囲にて配合されている。
【００１７】
図１に戻り、主体金具９の後端開口部内側には、前述の内筒部材１４の前端部が挿入されている。内筒部材１４の前端部開口縁には周方向に外向きに突出する加締め受け部１４ａが形成されている。この加締め受け部１４ａと第二セラミックリング７との間にはリング１５が嵌め込まれ、主体金具９の開口部は別のリング２６を介して該加締め受け部１４ａに向けて内向きに加締められている。
【００１８】
次に、内筒部材１４には外筒部材５４が外側から嵌合・固定されている。この外筒部材５４の後方側の開口はゴム（例えばシリコンゴム）等で構成されたグロメット（弾性シール部材）１７で封止され、またこれに続いてさらに内方にセラミックセパレータ１８が設けられている。そして、それらセラミックセパレータ１８及びグロメット１７及びを貫通するように、検出素子２用のリード線２０，２１及び発熱体３用のリード線（図示せず）が配置されている。検出素子２用の一方のリード線２０は、固定金具２３を経て前述の検出素子２の内側の電極層と電気的に接続されている。一方、他方のリード線２１は、別の金具３５を経て、検出素子２の外側の電極層と電気的に接続されている。検出素子２は、その内側に配置された発熱体３で加熱することで活性化される。発熱体３は棒状のセラミックヒータであり、抵抗発熱線部（図示せず）を有する発熱部４２がリード線（図示せず）を経て通電されることにより、検出部２ｋを加熱する。
【００１９】
内筒部材１４の後端部には気体導入孔５２が周方向に沿って複数形成されており、その後端部の外側において気体導入孔５２を塞ぐようにフィルタ５３が設けられている。また、外筒部材５４はフィルタ５３を外側から覆うとともに、周方向に複数の補助気体導入孔５５が形成されており、それら補助気体導入孔５５の列を挟んでその両側に形成された環状の加締部５６，５７により、フィルタ５３を内筒部材１４との間で挟み付けて保持するものとされている。他方、フィルタ５３に対応する位置において外筒部材５４の壁部には、周方向に所定の間隔で複数の補助気体導入孔５５が形成されている。これにより、補助気体導入孔５５からフィルタ５３を経て気体導入孔５２より、基準ガスとしての大気（外気）が内筒部材１４（ケーシング１０）内に導入される。
【００２０】
主体金具９の前方側開口部には筒状のプロテクタ装着部９ａが形成され、ここに、検出素子２の先端側（検出部）を所定の空間を隔てて覆うようにキャップ状のプロテクタ１１（本実施例では内プロテクタ１０２及び外プロテクタ１０１の２重構造となっている）が装着されている。プロテクタ１１には、排気ガスを透過させる複数のガス透過口１０３が貫通形態で形成されている。
【００２１】
上記酸素センサ１は、主体金具９のねじ部９ｂにおいて排気管やエキゾーストマニホルド等の取付け部に取付けられる（９ｄは、その取付け操作時にレンチ等の工具を係合させるための六角部である）。その状態で、外筒部材５４のフィルタ５３を介して基準ガスとしての大気が導入される一方、検出素子２の外面にはプロテクタ１１のガス透過口を介して導入された排気ガス等の被測定ガスが接触し、該検出素子２には、その内外面の酸素濃度差に応じて酸素濃淡電池起電力が生じる。そして、この酸素濃淡電池起電力を検出信号としてリード線２１，２０を介して取り出すことにより、被測定ガス中の酸素濃度を検出できる。他方、シール充填材層８中に水ガラスを２〜７重量％の範囲で配合することで、後述する製造工程において充填材粉末の圧縮性が向上し、結果としてシール充填材層８のシール性を飛躍的に高めることができる。これにより、高温において主体金具９と検出素子２との間の気密性を良好に確保することが可能となる。
【００２２】
以下、上記酸素センサ１の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、タルク粉末ＴＰに対し、指定された量の水ガラスＷＧ及び水Ｗを配合し、これを混合して原料粉末ＬＰを作る。ここで、この水Ｗの配合量は、水ガラスＷＧの配合量と並んで重要であるが、これについては後に詳しく説明する。
【００２３】
また、水ガラスは、例えばケイ酸ソーダあるいはケイ酸カリウム（あるいはそれらの混合物）の水溶液を好ましく使用でき、そのケイ酸塩成分は、Ｍ２Ｏ・ｎＳｉＯ２（ＭはＮａ又はＫ））のものを使用する。また、使用する滑石中の水分量は０．５〜３．５重量％とするのがよい。水分量が０．５重量％未満になると、充填材粉末の圧縮性が低下する。他方、水分量が３．５重量％を超えると、得られる充填材粉末の水分量が過剰となって流動性が損なわれる場合がある。
【００２４】
次に、図３（ａ）に示すように、原料粉末ＬＰは流動性改善のために造粒され、造粒充填材粉末ＧＰとされる。造粒方法は各種公知の方法を採用可能であるが、例えば対ロール間で原料粉末ＬＰを圧縮して板状成形物を作り、この板状成形物を破砕後、整粒（例えば篩による分級）して、所定の粒度を有する造粒充填材粉末ＧＰを得る方法を例示できる。
【００２５】
図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、この造粒充填材粉末ＧＰを、金型１００のキャビティ１０３（１０４は、成形体に空隙を作るためのコアである）に、ボックスフィーダ１０５等を用いて充填し、パンチ１０２，１０３で圧縮することにより、充填材粉末の成形体ＰＣを作る。
【００２６】
上記成形工程において充填材粉末は、得られる成形体ＰＣの見かけ密度が２〜２．４ｇ／ｃｍ３となるように圧縮することが望ましい。成形体ＰＣの見かけ密度が２ｇ／ｃｍ３未満では成形体ＰＣの強度が不足し、小さな衝撃で成形体ＰＣが欠けたり割れたりするなどの不具合を生ずることがある。他方、見かけ密度が２．４ｇ／ｃｍ３を超える場合は、成形体ＰＣを金型キャビティ１０３内で強圧縮せざるを得なくなり、例えば図３（ｅ）に示すように、キャビティ１０３内面と成形体ＰＣとの摩擦が大きくなって、金型１０３から成形体ＰＣを離型する際に、割れや欠けを生じやすくなる場合がある。なお、該見かけ密度は、より望ましくは２．２〜２．３ｇ／ｃｍ３に調整するのがよい。
【００２７】
そして、金型プレスによる上記成形体ＰＣの作製に際しては、その金型プレス成形される充填材粉末中の水分量を１．５〜３．５重量％の範囲にて調整することが望ましい。水分量が１．５重量％未満になった場合、成形体ＰＣの見かけ密度を上記２ｇ／ｃｍ３以上の値に確保することが困難となる場合がある。他方、水分量が３．５重量％を超えると、充填材粉末の流動性が悪化し、充填材粉末の金型キャビティへのスムーズな供給が妨げられる場合がある。
【００２８】
以下は、センサの組立工程の説明である。
図５に示すように、主体金具９の内面にはその内周面に沿って環状の主体金具側係合凸部９ｅが形成されている。他方、検出素子２には、その外周面に沿って環状の素子側係合凸部２ａが形成されている。本実施例では、主体金具９の挿通孔９ｆの前端側が段部により縮径されており、この段部が主体金具側係合凸部９ｅとして機能している。他方、素子側係合凸部２ａは検出素子２の軸線方向中間位置に形成されている。
【００２９】
そして、上記のような主体金具９内に第一セラミックリング６を主体金具側係合凸部９ｅに当たる位置まで挿入し、次いで検出素子２を主体金具９内に、検出素子側係合凸部２ａが第一セラミックリング６に当たる位置まで挿入する。その状態で充填材粉末を、検出素子側係合凸部２ａに関して第一セラミックリング６とは反対側から、主体金具９と検出素子９との隙間に充填して充填工程を実施する。図５では、充填材粉末は、前記した成形体ＰＣの形で隙間に挿入され、粉末充填層を形成することとなる。そして、その成形体ＰＣ（粉末充填層）に関して第一セラミックリング６とは反対側から第二セラミックリング７を隙間内に配置する。なお、本実施例では、第一セラミックリング６と主体金具側係合凸部９ｅとの間に板パッキン２７が、さらに第二セラミックリング７の後方側には、前述のリング１５が配置される。
【００３０】
次いで、第一セラミックリング６と第二セラミックリング７との間で成形体ＰＣ（粉末充填層）を軸線方向に圧縮して圧縮工程を実施することとなる。この方法では、２つのセラミックリング６，７の間に粉末充填層を挟み込む形となるので、圧縮力を粉末充填層に均一に付加することができ、ひいては形成されるシール充填材層のシール性を一層良好なものとすることができる。
【００３１】
例えば、図６に示すように、第二セラミックリング６に関して成形体ＰＣ（粉末充填層）とは反対側から、検出素子２の後端部を覆う内筒部材１４（主筒）の先端部を主体金具９の後端開口部内側に挿入する。次いで、図７に示すように、その内筒部材１４の前述の加締め受け部１４ａを介して、第二セラミックリング７を第一セラミックリング６に向けて相対的に接近させることにより、成形体ＰＣをそれらセラミックリング６，７の間にて圧縮する。この圧縮力は、成形体ＰＣを製造する際の圧縮力よりも高く設定される。これにより成形体ＰＣは、図８（ａ）に示すようなシール充填材層８となる。そして、主体金具９の後端開口部を軸線方向に圧縮することにより内向きに曲げつつこれを加締め受け部１４ａに向けて加締めることにより加締め部９ｃを形成する。シール充填材層８は、上記加締め部９ｃの形成により、両セラミックリング６，７間での圧縮状態が保持され、良好なシール性を継続的に発揮することとなる。
【００３２】
具体的には、図７において、加締めベース１１０のセット孔１１０ａに検出素子２の先端部を挿入し、主体金具９に形成されたフランジ状のガスケット座部９ｇをその開口周縁に支持させる。次いで、主体金具９に通電し、六角部９ｄとガスケット座部９ｇとの間に形成されたくびれ形態の薄肉部９ｈを抵抗発熱させる。この場合、発熱の温度は、主体金具９の材質がフェライト系ステンレス鋼である場合、概ね７００〜１１００℃（例えば９００℃）程度に設定する。
【００３３】
その状態で加締めパンチ１１１を主体金具９の後端面に接近させ、薄肉部９ｈを挫屈変形させつつ、主体金具９の後端開口部を加締め受け部１４ａに向けて加締める。なお、本実施例では、加締め力を確実に印加するために、加締め受け部１４ａと加締め部９ｃとの間に加締めリング２６を配置している。このとき、加締め部９ｃの形成に伴う主体金具９の後端開口部の内向きの変形と、薄肉部９ｈの挫屈変形に伴い、加締め受け部１４ａはリング１５を介して第二セラミックリング７を第一セラミックリング６側に付勢し、成形体ＰＣ（粉末充填層）を圧縮する。すなわち、主体金具９の加締めと粉末充填層の圧縮が同時に行われる形となる。ただし、内筒部材１４（主筒）を第二セラミックリング７側に付勢して粉末充填層を圧縮状態とした後、主体金具９に加締め部９ｃを形成するようにしてもよい。
【００３４】
上記圧縮工程において、圧縮される粉末充填層（この場合、成形体ＰＣ）中の水分量は、０．５〜３．５重量％となっているのがよい。水分量が０．５重量％未満になると、粉末の圧縮性が損なわれ、得られるシール充填材層８のシール力が不足する場合がある。他方、水分量が３．５重量％を超えた場合、図８（ｂ）に示すように、圧縮工程実施時にシール充填材層８の周辺部材、例えばセラミックリング６，７等に割れやクラック等が発生しやすくなる場合がある。これは、圧縮初期段階で粉末の圧縮が進行し過ぎ、圧力が粉末層の圧縮に費やされずにセラミックリング６，７等に直接付加されることが原因ではないかと推測される。また、粉末充填層がセラミックリング６，７と検出素子２との間など、周辺部材間に形成される隙間等に漏れ出す不具合が生ずることもある。
【００３５】
成形体ＰＣを使用する場合、前述の通りその成形工程において、充填材粉末中の水分量を１．５〜３．５重量％に調整することが望ましい。そして、該水分量を採用した場合、成形直後の成形体ＰＣの水分含有量も概ね１．５〜３．５重量％の範囲のものとなる。これは、後続の圧縮工程における粉末充填層中の望ましい水分量の範囲内に属するものであるから全く問題は生じない。また、逆に考えれば、粉末充填層中の望ましい水分量は、成形時の望ましい範囲よりも低水分側に広いことから、圧縮工程を実施するまでの間に成形体ＰＣ中の水分が蒸発等により減少しても、０．５重量％以上の水分量が残留していれば問題なく圧縮工程を行なうことができるのである。なお、図４に示すように、残留水分量が０．５重量％以下とならない範囲で、成形体ＰＣをヒータ加熱して強制乾燥させてから圧縮工程を行うようにしてもよい。
【００３６】
なお、充填材粉末は、図９に示すように、予備成形を行わずに検出素子２と主体金具９との隙間に直接充填するようにしてもよい。この場合、成形を行わないので、充填材粉末中の水分量を成形に適した１．５重量％以上に増加させる必要がなくなり、はじめから０．５〜３．５重量％の広い範囲にて調整を行うことが可能となる。なお、図９においては、主体金具９内に予め第一セラミックリング９と検出素子２とをセットしておき、その状態で筒状の治具１２０を主体金具９の後端開口部に装着して、前述の造粒充填材粉末ＧＰを第一セラミックリング９の上方に流し入れるようにしている。そして、図１０に示すように、造粒充填材粉末ＧＰの層上に第二セラミックリング７、リング１５及び内筒部材１４をセットすれば、以下は図７と同様の工程が採用できる。
【００３７】
こうして図８（ａ）に示すように、主体金具９への検出素子２の組付けが完了し、さらにプロテクタ１００やリード線等の取付けを行って、図１に示す酸素センサ１が完成する。
【００３８】
（実施例２）
図１３は、本発明のガスセンサの別実施例に係る酸素センサ２００を示すものである。この酸素センサ２００では、セラミックホルダ２０４内に検出素子２０２が配置され、検出素子２０２が、そのセラミックホルダ２０４とともに主体金具内２０３内に配置されている。主体金具２０３の内側に配置されたセラミックホルダ２０４の挿通孔２３０に挿通され、先端の検出部Ｄが、排気管に固定される主体金具２０３の先端より突出した状態でセラミックホルダ４内に固定される。セラミックホルダ２０４には、その軸線方向において挿通孔２３０の後端に一端が連通し、他端がセラミックホルダ２０４の後端面に開口するとともに軸断面が該挿通孔２３０よりも大径の空隙部２３１が形成されている。そして、その空隙部２３１の内面とセラミック素子２０２の外面との間は、ガラスを主体に構成される封着材層２３２により封着されている。一方、セラミック素子２０２の軸線方向において封着材層２３２の両端には、セラミック素子２０２の外面と空隙部２３１の内面との間を埋めるように、粘土等を主体に構成される緩衝層２３３及び２３４がそれぞれ形成されている。
【００３９】
セラミックホルダ２０４と主体金具２０３との間には、それらに軸線方向に隣接して実施例１と同材質のシール充填材層２３６とかしめリング２３７とがはめ込まれ、主体金具２０３の後端側外周部をかしめリング２３７を介して絶縁体２０４側にかしめることにより、絶縁体２０４と主体金具２０３とが固定されている。また、主体金具２０３の先端外周には、セラミック素子２０２の突出部分を覆う金属製の２重のプロテクトカバー２０６ａ，２０６ｂがレーザー溶接あるいは抵抗溶接（例えばスポット溶接）等によって固着されている。なお、セラミックホルダ２０４と検出素子２０２とは、検出構造体を形成している。
【００４０】
【実施例】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
まず、タルク粉末として松村産業株式会社製のＰ−Ｓを用意した。レーザー回折式粒度計による平均粒径は２０μｍであった。また、図１１は、Ｘ線回折によるタルク粉末の分析結果を示している。タルクのほかに、図中に示した微量不純物が検出されたが、その合計含有量は２重量％未満であった。他方、水ガラスとして、組成Ｎａ２Ｏ・２ＳｉＯ２・ＸＨ２Ｏ、水分量５０重量％のものを用意し、これを上記タルク粉末中に各種割合で添加・混合した。また、原料粉末には適量の水を添加して、その含有水分量が２．５重量％となるように調整した。得られた混合粉末は、ロールにより厚さ１．５ｍｍの板状に成形し、これをスピードミル等により粉砕して、さらに篩により２００〜１０００μmとなるように整粒し、平均粒度５００μmの造粒して、造粒充填材粉末を作製した。
【００４１】
そして、上記造粒充填材粉末を、図３（ｂ）〜（ｄ）によりすでに説明した方法にて金型プレスにより成形した。ただし、キャビティ１０１の内径ｄは７．５ｍｍ、外径Ｄは１１．５ｍｍ、充填深さｈは６ｍｍとし、成形圧力を３０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。各水ガラス含有量の粉末毎に成形は１０回ずつ行い、得られた各成形体の重量を測定して平均値と標準偏差とを算出するとともに、離型性を成形品の割れ有無により評価した。以上の結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
水ガラス含有量が７重量％を超えると、離型性が悪くなり、成形体の重量ばらつきも大きくなっていることがわかる。これは、造粒充填材粉末の流動性が悪化して充填粉末量が一定しなくなることが原因であると考えられる。
【００４４】
次に、各種水ガラス含有量毎に、水分含有量を０．３〜３．７重量％の範囲で変化させた造粒充填材粉末を用意し、同様の実験を行った。なお、ここでは成形体の寸法と重量とから平均の見かけ密度を算出している。他方、各成形体を用いて図１に示すセンサ１を作製した。なお、圧縮工程における加締め圧力は４ｔｏｎであり、成形体への印加圧力の推定値は５０ｋｇｆ／ｍｍ２である。そして、得られたセンサ１は、以下に説明する加熱気密漏洩量測定の方法により、形成されたシール充填材層８の主体金具９及び検出素子２に対する耐熱シール性を評価した。具体的には、図１２に示すように、ヒータブロック３０１の壁部にセンサ取付用のねじ孔３０２を形成し、ねじ孔３０２に続くヒータブロック３０１の加圧チャンバ内３０３に検出部２ｋが位置するように、図１のセンサ１を取り付ける。そして、ヒータブロック３０１内に埋設されたヒータ３０４により検出部２ｋを５００℃に加熱しながら、加圧チャンバ内に圧力ガスを供給して０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を付与し、主体金具９の六角部に形成された漏洩流量取り出し用の貫通孔９ｄから、検出部２ｋ側からシール充填材層８を透過して漏れ出してくる気体の流量を測定する。
【００４５】
また、センサを樹脂で覆って縦に切断し、断面を拡大鏡にて観察することにより、シール充填材層８に隣接するセラミックリング６，７へのクラック発生や、あるいはセラミックリング６，７と検出素子２との隙間への充填材粉末の漏れ出し等、不具合発生の有無を確認した。また、圧縮により得られるシール充填材層８の密度を推定するために、成形圧力を５０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した金型プレス成形を行い、得られる成形体の見かけ密度を測定した。以上の結果を表２に示す
【００４６】
【表２】
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【００４７】
水ガラス含有量が１重量％と少なくなると（No.１９）、シール充填材層８の耐熱シール性が損なわれ、５０ｋｇｆ／ｍｍ２プレス時における成形体密度もあまり上昇していないことがわかる。他方、水分量が３．５重量％を超えると、成形体の重量ばらつきが起こりやすくなっており、また、セラミックリング６，７へのクラック発生や充填材粉末の漏れ出し等の不具合が生じやすくなった。また、水分量が０．３重量％になると、水ガラス配合量が少なくなった場合に、シール充填材層８の耐熱シール性が損なわれやすくなることもわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスセンサの一例たる酸素センサの縦断面図。
【図２】図１の酸素センサに使用される充填材粉末の調製工程説明図。
【図３】充填材粉末の造粒工程及び成形工程の説明図。
【図４】成形体を加熱して水分量を調整する方法の説明図。
【図５】センサの組立工程説明図。
【図６】図５に続く説明図。
【図７】図６に続く説明図。
【図８】図７に続く説明図。
【図９】センサの組立工程の別の例を示す説明図。
【図１０】図９に続く説明図。
【図１１】実験で使用したタルク粉末のＸ線回折による分析結果を示す図。
【図１２】耐熱シール性の評価実験方法を説明する部分断面図。
【図１３】本発明のガスセンサの別実施例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１  酸素センサ（ガスセンサ）
２  検出素子
２ａ  素子側係合凸部
６  第一セラミックリング
７  第二セラミックリング
８  シール充填材層
９  主体金具
９ｅ  主体金具側係合凸部
１４  内筒部材（主筒）
１４ａ  加締め受け部
ＧＰ  造粒充填材粉末（充填材粉末）
ＰＣ  成形体
１００  金型
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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