JP2002071626A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス中の被検出成分を検出するのに用い
られるガスセンサにおいて、主体金具内に充填された充
填粉末が流出しないようにする。 【解決手段】 酸素センサ２では、検出素子４を把持す
るセラミックホルダ６と、セラミックスリーブ８との間
に充填粉末２０８が加圧充填された状態で、主体金具２
０２内にそれぞれ配置され、しかも、セラミックスリー
ブ８は、充填粉末２０８側の端面において検出素子４側
の部分が突出した突出部１８を有している。この突出部
１８により、充填粉末２０８の内部では、主体金具２０
２とセラミックホルダ６との境界付近に向かう応力が発
生し、その境界付近では、充填粉末２０８が固化した状
態となる。このため、主体金具２０２とセラミックホル
ダ６との間に隙間を生じても、充填粉末がその隙間を介
して流出するのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の内燃機関
等の排気管に取り付けられて、排気管中を流通する排気
ガス中の被検出成分を検出するのに用いられるガスセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記ガスセンサとしては、例
えば、図４に示すような酸素センサ２００が知られてい
る。即ち、酸素センサ２００は、排気管に固定するため
のねじ部２０２ａが外表面に形成された筒状でステンレ
ス製の主体金具２０２と、主体金具２０２の筒内に挿入
され、酸素イオン伝導性固体電解質体からなる電池素子
を備えた長板状の検出素子２０４と、検出素子２０４を
保持するために主体金具２０２の筒内下方から順に積層
されるセラミックホルダ２０６、充填粉末２０８、セラ
ミックスリーブ２１０とを備えている。

【０００３】この内、検出素子２０４を実際に保持する
ためのセラミックホルダ２０６及びセラミックスリーブ
２１０は、外観が略円筒状を呈し、検出素子２０４の断
面形状に沿った略長方形状の挿通孔が中心軸に沿って穿
設されており、検出素子２０４はこれら挿通孔を介して
保持される。

【０００４】そして、セラミックホルダ２０６は、主体
金具２０２の先端側筒内（図中下方）に形成された段部
２０２ｂに当接するようにして配置される。また、セラ
ミックスリーブ２１０は上部中央が上方に突出すること
により突出部２１０ａが形成され、検出素子２０４は、
この突出部２１０ａの上端から更に上方に突出した状態
で保持される。そして、セラミックスリーブ２１０の突
出部２１０ａ周囲の端面上には、加締リング２１２が配
置され、主体金具２０２の後端部を、加締リング２１２
を介してセラミックスリーブ２１０側に加締めることに
より、充填粉末２０８が加圧充填される。

【０００５】この結果、検出素子２０４、セラミックホ
ルダ２０６、セラミックスリーブ２１０と主体金具２０
２とが固定されると共に、主体金具２０２とセラミック
スリーブ２１０との間が密閉された状態となり、気密性
が確保される。一方、検出素子２０４は、先端側（図中
下方）には検出部２０４ａが形成され、後端側には検出
部２０４ａにて生じた酸素濃淡電池起電力を外部から取
り出すための複数の電極端子２０４ｂが形成されてい
る。そして、各電極端子２０４ｂには、コネクタ部２１
４を介してリード線２１６が電気的に接続されている。

【０００６】また、主体金具２０２の先端側外周には、
検出素子２０４の検出部２０４ａ側を覆うと共に、金属
製で、複数の孔部を有する二重のプロテクタ２１８ａ，
２１８ｂが溶接等によって取り付けられている。そし
て、主体金具２０２の後端側外周には、外筒２２０が溶
接等により固定されており、リード線２１６は、この外
筒２２０の末端内側に配置されたグロメット２２２を貫
通して外部に引き出されている。そして、酸素センサ２
００では、このリード線２１６を介して、外部から上記
起電力を取り出すことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した酸
素センサ２００を実際に排気管に取り付けて使用した際
には、排気管から伝達される熱を受けて主体金具２０２
が膨張することにより、主体金具２０２とセラミックホ
ルダ２０６との間に隙間が生じてしまうことがあった。

【０００８】このため、検出素子２０４の検出部２０４
ａ側を下方に向けた状態（図４中下方）で排気管に固定
した場合には、酸素センサ２００を排気管に対して更に
排気管から伝達される振動等の衝撃が加わった際には、
加圧充填された充填粉末２０８が、この隙間（例えば、
主体金具２０２の段部２０２ｂとセラミックホルダ２０
６の外壁との間の部分）を介して、主体金具２０２の先
端開口部（図中下方）側に徐々に流出していくおそれが
あった。

【０００９】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、排気ガス中の被検出成分を検出するのに用い
られるガスセンサにおいて、主体金具内に充填された充
填粉末が流出しないようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段，発明の効果】かかる目的
を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、セ
ラミックス製の積層基板からなり、測定対象となるガス
に晒される検出部が一端側に形成された長尺状の検出素
子と、前記検出素子の前記検出部が該ガスに晒されるよ
うに、該ガスが流通する取付対象物の内側に該検出部を
突出させた状態で、該取付対象物に該検出素子を固定す
るための筒状の主体金具と、前記検出素子を前記取付対
象物に固定するために、該検出素子を把持すると共に、
前記主体金具の筒内で該検出素子の前記検出部側に形成
された段部に当接するよう、該主体金具の筒内に配置さ
れる第１の保持部材と、前記第１の保持部材を挟んで前
記検出部の反対側に配置される充填部材と、前記充填部
材を挟んで、前記第１の保持部材の反対側に配置される
第２の保持部材とを備えたガスセンサであって、前記第
２の保持部材の前記充填粉末に対向する端面における前
記検出素子近傍の部分を、前記主体金具近傍の部分より
も前記第１の保持部材に向けて突出させたことを特徴と
する。

【００１１】即ち、本発明（請求項１）のガスセンサ
は、第２の保持部材の充填粉末に対向する端面における
検出素子近傍の部分を、主体金具近傍の部分よりも第１
の保持部材に向けて突出させることにより、第２の保持
部材にて充填粉末を加圧した際には、この突出した部分
からの圧力を受けて、充填粉末の内部では第１の保持部
材の周囲の主体金具側に向けて応力がより集中するよう
になる。この結果、充填粉末の内、第１の保持部材と主
体金具との境界付近のものは、より強く加圧されるよう
になり、あたかも固化した状態となる。

【００１２】このように構成されたガスセンサでは、例
えば、主体金具が加熱されて膨張し、当該主体金具と第
１の保持部材との間（境界）に隙間を生じたとしても、
固化した状態の充填粉末により、その隙間が塞がれた状
態となる。このため、例えば、検出素子の検出部を下方
に向けた状態で取付対象物に取り付けた場合には、上記
のような隙間が生じたとしても、その隙間に充填粉末が
入り込むのを阻止することができる。その結果、主体金
具（主体金具の段部）と第１の保持部材との間を介し
て、外部に充填粉末が流出してしまうのを防止すること
ができる。

【００１３】また、主体金具と第１の保持部材との境界
付近を押圧するように充填粉末が配置されるため、主体
金具と第１の保持部材との間の気密性が向上し、排気ガ
スが主体金具内に流入するのを防止することができる。
更に、請求項２に記載のように、第１の保持部材の充填
粉末に対向する端面における検出素子近傍の部分を、主
体金具近傍の部分よりも第２の保持部材に向けて突出さ
せてもよい。

【００１４】このようにすれば、第２の保持部材にて充
填粉末を加圧した際には、充填粉末の内部では、上記し
たように第１の保持部材の周囲の主体金具側に向けて応
力がより集中するだけでなく、第１の保持部材の突出し
た部分からの圧力を受けて、第２の保持部材の周囲の主
体金具側に向けて同様に応力が集中するようになる。

【００１５】この結果、充填粉末の内、第２の保持部材
と主体金具との境界付近のものについても、より強く加
圧されるようになり、その部分もあたかも固化した状態
となる。このように構成されたガスセンサでは、上記の
ように主体金具と第１の保持部材や第２の保持部材との
間（境界）に隙間を生じたとしても、固化した状態の充
填粉末により、隙間が塞がれた状態となる。このため、
例えば、検出素子の検出部を下方や上方等あらゆる方向
に向けた状態で取付対象物に取り付けた場合であって
も、その隙間に充填粉末が入り込むのを阻止することが
できる。その結果、主体金具（主体金具の段部）と第１
の保持部材との間を介して、外部に充填粉末が流出して
しまうのを防止することができるだけでなく、主体金具
と第２の保持部材との間を介して、外部に充填粉末が流
出してしまうのを防止することができる。

【００１６】また、主体金具と第２の保持部材との境界
付近を押圧するように充填粉末が配置されるため、主体
金具と第２の保持部材との間についても気密性が向上
し、排気ガスが主体金具内に流入するのを防止すること
ができる。ここで、第１の保持部材や第２の保持部材と
しては、検出素子をしっかりと把持しておく必要がある
ため、例えば耐熱性に優れ、外部から衝撃を受けても破
損しにくい材質もので形成（製造）しておくことが望ま
しい。

【００１７】そこで、例えば、請求項３に記載のよう
に、第１の保持部材及び第２の保持部材の内、少なくと
もいずれか一方をセラミックス製としてもよく、また
は、請求項４に記載のように、第１の保持部材及び第２
の保持部材の内、少なくともいずれか一方を金属製とし
てもよい。

【００１８】このようなセラミックスや金属を形成材料
とすることにより、耐熱性に優れると共に、破損しにく
い第１の保持部材や第２の保持部材を得ることができ
る。しかも、特に、第１の保持部材や第２の保持部材を
金属製としておけば、主体金具との熱膨張率を同様にす
ることも可能であり、ガスセンサを加熱した場合に、主
体金具と第１の保持部材（金属製の第１の保持部材）と
の間、或いは、主体金具と第２の保持部材（金属製の第
２の保持部材）との間に隙間が生じにくくなる。

【００１９】また、第１の保持部材や第２の保持部材
を、金属材料を用いて形成するには、例えば、金属塊を
機械的に鍛造して形成するようにしてもよいが、その場
合には複数の金型が必要であり、その分製造コストが上
昇するおそれがある。そこで、請求項５に記載のよう
に、第１の保持部材及び第２の保持部材の内で金属製の
ものを、金属材料を金型内に射出して成形する金属射出
成形法を用いて形成するようにしてもよく、そうすれ
ば、金型内に金属材料を射出するだけでよいため、簡単
に、しかも、低コストで所定形状の第１の保持部材や第
２の保持部材を形成することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を具体化した実施例
を図面と共に説明する。尚、本実施例では本発明をガス
センサの一種である酸素センサに適用した。図１は、本
実施例の酸素センサ２の全体構成を表し、（ａ）は酸素
センサ２の縦断面図、（ｂ）は酸素センサ２が備えるセ
ラミックホルダ６の底面図（図１（ａ）中に示したセラ
ミックホルダ６の下面側）を示し、（ｃ）は酸素センサ
２が備えるセラミックスリーブ８の平面図（図１（ａ）
中に示したセラミックスリーブ８の上面側）を示す。

【００２１】尚、酸素センサ２は、図４に示した酸素セ
ンサ２００とは、検出素子の形状、検出素子からの信号
（酸素濃淡電池起電力）の取り出し部分の構造、及び、
酸素センサ自体の後端側の構造等が異なり、その他の部
分は同様に構成されている。ここでは、図４に示した酸
素センサ２００と共通する部分には同一符号を付してそ
の詳細な説明を省略する。

【００２２】即ち、酸素センサ２は、筒状の主体金具２
０２と、主体金具２０２の筒内に挿入される長板状の検
出素子４と、検出素子４を保持するために主体金具２０
２の筒内下方から積層されるセラミックホルダ６、充填
粉末２０８、及び、セラミックスリーブ８と、検出素子
４にて検出された信号（即ち、酸素濃淡電池起電力）を
取り出すため等に用いる複数（本実施例では４本）の長
尺状のリードフレーム１０とを備えている。また、本実
施例では、酸素センサ２の取付対象物は内燃機関におけ
る排気ガスが流通する排気管（図示略）である。そし
て、本実施例では、充填粉末２０８としてタルク粉末を
用いた。

【００２３】この内、検出素子４は、それぞれ長板状に
形成された酸素濃淡電池素子４ａと、酸素濃淡電池素子
を活性化させるためのヒータ４ｂとが積層されて形成さ
れた公知のものである。尚、酸素濃淡電池素子４ａは、
例えば、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固
体電解質体により形成されている。また、ヒータ４ｂ
は、例えば、導電性セラミックからなる抵抗発熱体パタ
ーンをセラミック基体中に埋設したものである。そし
て、酸素濃淡電池素子４ａの先端側（図中下方）には、
検出部４ｃが形成されている。

【００２４】また、酸素濃淡電池素子４ａの長手方向に
沿った後端側の板面（図中右上方）には、検出部４ｃに
て検出された酸素濃淡電池起電力を外部から取り出すた
めの二つの電極端子１２が間隔を空けて配置され、一
方、ヒータ４ｂの長手方向に沿った後端側の板面（図中
左上方）には、抵抗発熱体パターンに電力を供給するた
めの二つの電極端子１４が間隔を空けて配置されてい
る。尚、酸素濃淡電池素子４ａとヒータ４ｂとは、セラ
ミック（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系
セラミック）層を介して互いに接合される。

【００２５】このように構成された検出素子４は、図１
（ａ）中に示すように、先端側の検出部４ｃが下方（図
中下方）に向けられると共に、排気管に固定される主体
金具２０２の先端より突出した状態で、この主体金具２
０２内に固定される。また、セラミックホルダ６は、主
体金具２０２の段部２０２ｂに当接するように配置さ
れ、略円柱状のホルダ本体１６と、ホルダ本体１６の後
端（図１（ａ）中上方）面中央部に形成され、略円錐台
状の突出部１８と、ホルダ本体１６及び突出部１８の軸
中心を連通すると共に、断面長方形状を呈し、検出素子
４を挿通するための挿通孔２０とを備える。

【００２６】一方、主体金具２０２の後端側に配置され
るセラミックスリーブ８は、略円柱状のスリーブ本体２
２と、スリーブ本体２２の後端面中央部に形成され、ス
リーブ本体２２よりも小径で略円柱状の突出部２４と、
スリーブ本体２２の先端側に形成され、検出素子４の検
出部４ｃ側に向かって徐々に径が小さくなる略円錐状の
突出部２６と、スリーブ本体２２，突出部２４，突出部
２６をそれぞれ連通すると共に、断面長方形状を呈し、
検出素子４を挿通するための挿通孔２８とを備える。

【００２７】ところで、検出素子４の後端側周囲には、
リードフレーム１０が配置される。このリードフレーム
１０は、外観が「レ」字状を呈するように形成されてい
る。即ち、リードフレーム１０は、フレーム本体３０
と、フレーム本体３０の一端側が折り曲げられて形成さ
れた折曲部３２と、フレーム本体３０の折曲部３２側に
形成された波状部分３４とを備える。また、リードフレ
ーム１０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性
（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネル等のステン
レス鋼にて形成されている。

【００２８】このように構成されたリードフレーム１０
は、セラミックスリーブ８の挿通孔２８に、そのフレー
ム本体３０と波状部分３４とが配置され、この状態の挿
通孔２８に検出素子４が挿通される。ここで、リードフ
レーム１０を配置する際には、検出素子４の電極端子１
２，１４に、波状部分３４を当接させると共に、折曲部
３２をセラミックスリーブ８の突出部２６の側面に当接
させるようにする。また更に、フレーム本体３０におい
て折曲部３２とは反対側の端部（図中上方）をセラミッ
クスリーブ８から突出させた状態で配置する。

【００２９】つまり、検出素子４は、図１（ａ）中に示
すように、セラミックホルダ６、充填粉末２０８、セラ
ミックスリーブ８と、セラミックスリーブ８との間に配
置されるリードフレーム１０とを介して主体金具２０２
に固定され、しかも、検出素子４の電極端子（電極端子
１２，１４）が形成された側の端部側の周囲が、セラミ
ックスリーブ８に覆われた状態で固定される。

【００３０】一方、セラミックスリーブ８のスリーブ本
体２２の後端面上には、加締リング２１２が配置され、
主体金具２０２の後端部を、この加締リング２１２を介
してセラミックスリーブ８側に加締めることにより、充
填粉末２０８が加圧充填され、この結果、検出素子４、
セラミックホルダ６、セラミックスリーブ８と主体金具
２０２とが固定される。

【００３１】そして、主体金具２０２の後端側外周に
は、外筒３６が溶接等により固定されている。また、外
筒３６の後端開口部（図中上方）には、検出素子４にて
生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すためのリー
ド線３８が挿通されるリード線挿通孔が形成されたセラ
ミックセパレータ４０とグロメット４２とが配置されて
いる。更にまた、主体金具２０２の先端側外周には、検
出素子４の検出部４ｃ側を覆うプロテクタ２１８ａ，２
１８ｂが取り付けられている。

【００３２】さて、充填粉末２０８は、セラミックホル
ダ６とセラミックスリーブ８との間に配置されるもので
あるが、詳細には、セラミックホルダ６のホルダ本体１
６の後端面並びに突出部１８の外周面と、セラミックス
リーブ８の突出部２６の外周面とに押圧された状態で配
置される。

【００３３】そして、セラミックホルダ６の突出部１８
の斜面は、セラミックスリーブ８における充填粉末２０
８と接する側と、主体金具２０２との間の境界付近に向
けられ、一方、セラミックスリーブ８の突出部２６の斜
面は、セラミックホルダ６における充填粉末２０８と接
する側と、主体金具２０２との間の境界付近に向けられ
る。このため、充填粉末２０８を加圧充填する際には、
当該充填粉末２０８は、まず主体金具２０２側に押圧さ
れた後に、主体金具２０２、セラミックホルダ６及びセ
ラミックスリーブ８によって更に全体が押圧されるよう
になる。

【００３４】この結果、充填粉末２０８と、セラミック
ホルダ６やセラミックスリーブ８とが接する部分におい
て、主体金具２０２側の部分に、押圧した際の応力が集
中するようになる（即ち、図１（ａ）中に示した矢印方
向に力が集中）。このため、充填粉末２０８は、主体金
具２０２と、セラミックホルダ６やセラミックスリーブ
８との境界を塞ぐように、その部分ではあたかも固化し
た状態となる。

【００３５】このように構成された酸素センサ２では、
例えば、主体金具２０２が加熱されて膨張し、主体金具
２０２とセラミックホルダ６との間（境界）に隙間を生
じたとしても、固化した状態の充填粉末２０８がこの隙
間を塞いでいるため、この隙間を介して充填粉末２０８
が、隙間に入り込むことがない。従って、主体金具２０
２（主体金具２０２の段部２０２ｂ）とセラミックホル
ダ６との間を介して、充填粉末２０８が、酸素センサ２
の先端側に流出するのを防止することができる。

【００３６】また、主体金具２０２と、各セラミックホ
ルダ６，セラミックスリーブ８との境界付近を押圧する
ように充填粉末２０８が配置されるため、主体金具２０
２と、各セラミックホルダ６，セラミックスリーブ８と
の間の気密性が向上し、排気ガスが主体金具２０２内に
流入するのを防止することができる。

【００３７】更にまた、充填粉末２０８の押圧方向が主
体金具２０２側に向けられるために、検出素子４に加わ
る応力が低減される。この結果、検出素子４が破損する
のを防止する効果も奏する。ところで、酸素センサ２で
は、上記したように検出部４ｃを下方に向けた状態で排
気管に取り付けるようにしたが、これとは逆に、例え
ば、検出部４ｃを上方に向けた状態では、主体金具２０
２の後端部がセラミックスリーブ８側に加締められてい
るために、充填粉末２０８は外部に流出しない。

【００３８】一方、セラミックスリーブ８の挿通孔２８
と検出素子４との間には、リードフレーム１０の波状部
分３４が配置されており、この波状部分３４は検出素子
４やセラミックスリーブ８からの圧力を受けて弾性変形
するようになる。このため、セラミックスリーブ８と、
検出素子４（検出素子４の電極端子）との間の隙間が無
くなるように密着し、検出素子４がセラミックスリーブ
８にしっかりと固定される。しかも、外部から衝撃を受
けても、この波状部分３４が衝撃に応じて弾性変形して
その衝撃を吸収できる。この結果、検出素子４の後端部
分に無理な力が加わるのを防止でき、従って、後端部分
が割れるなど、破損してしまうのを防止できる。

【００３９】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の態様を採ることができる。例えば、上記したセラミ
ックスリーブ８に換えて、図２に示すセラミックスリー
ブ６０，７０，８０を用いるようにしてもよい。尚、図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）中、上図は、各セラミックス
リーブの縦断面図を示し、下図は、上図中に示した矢印
方向から当該セラミックスリーブを見た底面図を示す。

【００４０】即ち、セラミックスリーブ６０は、円柱状
のスリーブ本体６２と、スリーブ本体６２の後端面中央
部に形成され、セラミックスリーブ８が備えるものと同
様の突出部２４と、スリーブ本体６２の先端面中央部に
形成され、図中下方に向かって徐々に径が小さくなる略
円錐状の突出部６４と、スリーブ本体６２，突出部２
４，突出部６４をそれぞれ連通する断面長方形状の挿通
孔６６とを備える。

【００４１】このように構成されたセラミックスリーブ
６０では、突出部６４の斜面がセラミックホルダ６にお
ける充填粉末２０８と接する側と、主体金具２０２との
間の境界付近に向けられる。また、セラミックスリーブ
７０は、円柱状のスリーブ本体７２と、スリーブ本体７
２の後端面中央部に形成された突出部２４と、スリーブ
本体７２の先端面中央部に形成され、スリーブ本体７２
よりも小径の円柱部７４ａ及び円柱部７４ａよりも小径
の円柱部７４ｂが順に積層された形状の突出部７４と、
スリーブ本体７２，突出部２４，突出部７４をそれぞれ
連通する断面長方形状の挿通孔７６とを備える。ここ
で、突出部７４では、図中下方に向かって、円柱部７４
ａ，７４ｂが順に備わっている。

【００４２】このように構成されたセラミックスリーブ
７０では、突出部７４の円柱部７４ａ，７４ｂの径の違
いによって段差が生じており、スリーブ本体７２及び円
柱部７４ａ，７４ｂの下端面はそれぞれ下方に向けら
れ、円柱部７４ａ，７４ｂの側面は主体金具２０２に向
けられる。

【００４３】この結果、充填粉末２０８がセラミックス
リーブ７０によって押圧される際には、スリーブ本体７
２及び円柱部７４ａ，７４ｂの下端面と、円柱部７４
ａ，７４ｂの側面とによって押圧されることになり、セ
ラミックホルダ６における充填粉末２０８と接する側
と、主体金具２０２との間の境界付近にその押圧方向が
向けられることになる。

【００４４】そして、セラミックスリーブ８０は、円柱
状のスリーブ本体８２と、スリーブ本体８２の後端面中
央部に形成された突出部２４と、スリーブ本体８２の先
端面中央部に形成され、図中下方に向かって徐々に径が
小さくなる略四角錐状の突出部８４と、スリーブ本体８
２，突出部２４，突出部８４をそれぞれ連通する断面長
方形状の挿通孔８６とを備える。

【００４５】このように構成されたセラミックスリーブ
８０では、突出部６４の４つの斜面が、セラミックホル
ダ６における充填粉末２０８と接する側と、主体金具２
０２との間の境界付近に向けられる。つまり、各セラミ
ックスリーブ６０，７０，８０を用いて充填粉末２０８
を押圧した際には、セラミックホルダ６における充填粉
末２０８と接する側と、主体金具２０２との間の境界付
近の部分に押圧した力が集中することになり、上記した
セラミックスリーブ８を用いた場合と同様の作用及び効
果を得ることができる。

【００４６】一方、上記したセラミックホルダ６に換え
て、図３に示すセラミックホルダ９０，１００，１１０
を用いるようにしてもよい。尚、図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）中、上図は、各セラミックホルダの縦断面図を示
し、下図は、上図中に示した矢印方向から当該セラミッ
クホルダを見た平面図を示す。

【００４７】即ち、セラミックホルダ９０は、略円柱状
のホルダ本体９２と、ホルダ本体９２の後端（図中上
方）側に形成された略円錐台状の突出部９４と、ホルダ
本体９２及び突出部９４の軸中心を連通する断面長方形
状の挿通孔９６とを備える。このように構成されたセラ
ミックホルダ９０では、突出部９２の斜面がセラミック
スリーブ８における充填粉末２０８と接する側と、主体
金具２０２との間の境界付近に向けられる。

【００４８】また、セラミックホルダ１００は、略円柱
状のホルダ本体１０２と、ホルダ本体１０２の後端（図
中上方）側に形成され、ホルダ本体１０２よりも小径の
円柱部１０４ａ及び円柱部１０４ａよりも小径の円柱部
１０４ｂが順に積層された形状の突出部１０４と、ホル
ダ本体１０２及び突出部１０４の軸中心を連通する断面
長方形状の挿通孔１０６とを備える。ここで、突出部１
０４では、図中上方に向かって、円柱部１０４ａ，１０
４ｂが順に備わっている。

【００４９】このように構成されたセラミックホルダ１
００では、突出部１０４の円柱部１０４ａ，１０４ｂの
径の違いによって段差が生じており、ホルダ本体１０２
及び円柱部１０４ａ，１０４ｂの上端面はそれぞれ上方
に向けられ、円柱部１０４ａ，１０４ｂの側面は主体金
具２０２に向けられる。

【００５０】この結果、充填粉末２０８がセラミックホ
ルダ１００によって押圧される際には、ホルダ本体１０
２及び円柱部１０４ａ，１０４ｂの上端面と、円柱部１
０４ａ，１０４ｂの側面とによって押圧されることにな
り、セラミックスリーブ８における充填粉末２０８と接
する側と、主体金具２０２との間の境界付近にその押圧
方向が向けられることになる。

【００５１】そして、セラミックホルダ１１０は、略円
柱状のホルダ本体１１２と、ホルダ本体１１２の後端
（図中上方）側に形成された略四角錐状の突出部１１４
と、ホルダ本体１１２及び突出部１１４の軸中心を連通
する断面長方形状の挿通孔１１６とを備える。

【００５２】このように構成されたセラミックホルダ９
０では、突出部９２の四つの斜面が、セラミックスリー
ブ８における充填粉末２０８と接する側と、主体金具２
０２との間の境界付近に向けられる。つまり、各セラミ
ックホルダ９０，１００，１１０を用いて充填粉末２０
８を押圧した際には、セラミックスリーブ８における充
填粉末２０８と接する側と、主体金具２０２との間の境
界付近の部分に押圧した力が集中することになり、上記
したセラミックホルダ６を用いた場合と同様の作用及び
効果を得ることができる。

【００５３】また、セラミックスリーブ８，６０，７
０，８０の中からいずれか一つと、セラミックホルダ
６，９０，１００，１１０の中からいずれか一つとをそ
れぞれ適宜選択することにより、組み合わせて使用する
ようにしてもよい。その場合であっても上記実施例の場
合と同様の作用及び効果を得ることができる。

【００５４】ここで、セラミックスリーブ８，６０，７
０，８０及びセラミックホルダ６，９０，１００，１１
０は、セラミックス製材料を所定形状に成形した後、焼
結することにより形成することができる。ところで、こ
れらセラミックスリーブ８，６０，７０，８０及びセラ
ミックホルダ６，９０，１００，１１０と同様の形状を
有するスリーブやホルダを、金属材料を用いて形成して
もよい。金属材料としては、熱膨張率が小さく、かつ、
耐熱性や耐腐食性に優れたもを用いるのが好ましい。こ
のような金属材料としては、例えば、インコネルやＳＵ
Ｓ３１０等のステンレス鋼を用いることができる。

【００５５】また、金属材料を用いて形成する場合に
は、金属材料を金型に射出して金属成形品を得る周知の
金属射出成形法を用いるようにしてもよい。以下にその
一例を図面と共に説明する。図４は、金属製スリーブを
形成するために使用する金属射出成形機１５０の概略構
成を表す断面図である。即ち、金属射出成形器１５０
は、スクリュー式射出成形機１６０と、型締装置１８０
とを備えている。

【００５６】そして、射出成形機１６０は、シリンダ１
６２と、シリンダ１６２内で回転駆動されると共に、軸
方向（図中左右方向）にも駆動されるスクリュー１６４
と、スクリュー１６４を駆動するための駆動装置１６６
と、シリンダ１６２内に、後述する金属材料Ｋを供給す
るための供給装置１６８とからなる。

【００５７】この内、シリンダ１６２の先端部（図中左
方）には、溶融した状態の金属材料Ｋを射出するノズル
１７０が設けられ、他方、ノズル１７０とは反対側の後
端部は駆動装置１６６のケーシング１６６ａに固定され
ている。また、シリンダ１６２の中間部上外壁には、供
給装置１６８と接続して、シリンダ１６２内に金属材料
Ｋを供給するための開口部１６２ａが穿設されている。
そして、シリンダ１６２には、金属材料Ｋを所定温度に
加熱するための加熱装置１７２が外周に沿って複数設け
られている。

【００５８】また、スクリュー１６４は、金属材料Ｋを
送り込むためのスクリュー溝１６４ａを有し、当該スク
リュー１６４を、図中左方に向かって反時計回りに回転
させることにより、ノズル１７０側に金属材料Ｋを送り
込むことができる。そして、駆動装置１６６は、電動モ
ーター（図示略）を備え、スクリュー１６４は、この電
動モーターにより回転駆動される。また、ケーシング１
６６ａ内には、射出用ラムが設けられ、この射出用ラム
によってスクリュー１６４は軸方向に駆動される。

【００５９】また、供給装置１６８は、漏斗状のホッパ
ー１７４と、ホッパー１７４の下部（図中下方）に設け
られるフィーダ１７６と、供給路１７８とからなる。
尚、供給装置１６８は、供給路１７８の下端がシリンダ
１６２の開口部１６２ａに接続され、ホッパー１７４内
の金属材料Ｋは、フィーダ１７６が駆動することにより
供給路１７８等に送り込まれる。

【００６０】一方、型締装置１８０は、固定盤１８２
と、可動盤１８４とを備えている。そして、これら固定
盤１８２及び可動盤１８４には、それぞれ固定金型１８
６及び可動金型１８８とが取り付けられている。固定金
型１８６には、スプルー１９０が形成され、固定金型１
８６と可動金型１８８との境界線に沿ってランナー１９
２が形成されている。また、可動金型１８８には二つの
金属製スリーブを同時に形成するためのキャビティ１９
４が設けられている。ここで、この金属射出成形機１５
０によって形成される金属製スリーブの形状としては、
図１中に示したセラミックスリーブ８と同様のもの（金
属製スリーブ８’）である。

【００６１】そして、可動盤１８４は、固定盤１８２に
対して型開き方向（図中左方）或いは型閉じ方向に駆動
されるようになっている。次に、金属射出成形機１５０
を用いて金属製スリーブを形成する手順について説明す
る。

【００６２】まず、インコネル等のステンレス鋼の粉体
に、アクリル樹脂等からなるバインダーを混練して生成
した金属材料Ｋをホッパー１７４に収容する。そして、
射出した際の金属材料Ｋの温度が１００℃となるよう
に、加熱装置１７２の温度を調整する。その後、電動モ
ーターを起動してスクリュー１６４を駆動すると共に、
フィーダ１７６を駆動する。すると、ホッパー１７４内
の金属材料Ｋは、供給路１７８から開口部１６２ａを介
してシリンダ１６２内に供給される。

【００６３】そして、供給された金属材料Ｋは、回転す
るスクリュー１６４により更に混練されつつ加熱装置１
７２により加熱され、シリンダ１６２の先端部側（図中
左方）に送り込まれて貯留される。尚、金属材料Ｋが貯
留されるに従って、スクリュー１６４は後退（図中右
方）する。

【００６４】次いで、型締装置１８０の可動金型１８８
を固定金型１８６に対して型閉じし、射出成形機１６０
の射出ラムにより、貯留されていた金属材料Ｋをキャビ
ティ１９４に射出する。これにより、キャビティ１９４
内に金属材料Ｋが充填され、更に、冷却させることによ
り、金属製スリーブとなる射出成型品が形成される。

【００６５】その後、可動金型１８８を型開きして射出
成型品を取り出し、窒素雰囲気中で例えば温度３００℃
程度にまで加熱して脱バインダー処理を行い、更に、真
空雰囲気中で例えば温度１３５０℃程度にまで加熱して
焼結すれば金属製（ステンレス鋼製）スリーブ８’が得
られる。

【００６６】そして、このように形成された金属製スリ
ーブ８’は、同じくステンレス鋼製の主体金具２０２と
熱膨張率がほぼ同じであり、この結果、主体金具２０２
と金属製スリーブ８’が同様に加熱されても、それぞれ
同様に膨張するために互いが接触する部分では隙間が生
じにくい。

【００６７】このため、加圧充填された充填粉末は一層
流出しにくく、しかも、高い気密性を確保することがで
きるようになる。ところで、上記実施例では、充填粉末
２０８を押圧するの力の方向を主体金具２０２側に向け
るために、セラミックホルダ６の後端側に斜面を有する
突出部１８を設けるようにしたが、検出素子の検出部側
を下方に向けた状態で排気管に取り付けて使用する場合
では、セラミックスリーブと主体金具との間を介して充
填粉末が流出するおそれが少ないので、必ずしもセラミ
ックホルダに対してこのような斜面を形成する必要はな
い。

【００６８】また、上記各実施例では、検出素子をジル
コニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体を
用いて形成することにより、いわば、起電力変化型のガ
スセンサ（酸素センサ）となるように構成したものであ
る。これに限定されず、検出素子をチタニア等の金属酸
化物を用いて形成して、いわば、抵抗変化型のガスセン
サ（酸素センサ）となるように構成してもよい。

【００６９】また更に、検出素子の検出感度や検出精度
を高めるために、複数の素子（例えば、酸素濃淡電池素
子等）を積層したり、このような素子の両面にヒータ
（例えば、セラミックヒータ）を配置するようにしても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の酸素センサ２の概略構成を示す説明
図である。

【図２】 セラミックスリーブの他の例を示す説明図で
ある。

【図３】 セラミックホルダの他の例を示す説明図であ
る。

【図４】 金属製スリーブを形成するための金属射出成
形機１５０の概略構成を示す説明図である。

【図５】 従来の酸素センサ１００の概略構成を示す説
明図である。

【符号の説明】

２…酸素センサ（ガスセンサ）、４…検出素子、４ｃ…
検出部、６，９０，１００，１１０…セラミックホルダ
（第１の保持部材）、８，６０，７０，８０…セラミッ
クスリーブ（第２の保持部材）、８’…金属製スリー
ブ、１８，２６，７４，８４，９４，１０４，１１４…
突出部、１５０…金属射出成形機、２０２…主体金具、
２０２ｂ…段部、２０８…充填粉末。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス製の積層基板からなり、測
   定対象となるガスに晒される検出部が一端側に形成され
   た長尺状の検出素子と、 前記検出素子の前記検出部が該ガスに晒されるように、
   該ガスが流通する取付対象物の内側に該検出部を突出さ
   せた状態で、該取付対象物に該検出素子を固定するため
   の筒状の主体金具と、 前記検出素子を前記取付対象物に固定するために、該検
   出素子を把持すると共に、前記主体金具の筒内で該検出
   素子の前記検出部側に形成された段部に当接するよう、
   該主体金具の筒内に配置される第１の保持部材と、 前記第１の保持部材を挟んで前記検出部の反対側に配置
   される充填部材と、 前記充填部材を挟んで、前記第１の保持部材の反対側に
   配置される第２の保持部材とを備えたガスセンサであっ
   て、 前記第２の保持部材の前記充填粉末に対向する端面にお
   ける前記検出素子近傍の部分を、前記主体金具近傍の部
   分よりも前記第１の保持部材に向けて突出させたことを
   特徴とするガスセンサ。
2. 【請求項２】 前記第１の保持部材における前記充填粉
   末に対向する端面の前記検出素子近傍の部分を、前記主
   体金具近傍の部分よりも前記第２の保持部材に向けて突
   出させたことを特徴とする請求項１に記載のガスセン
   サ。
3. 【請求項３】 前記第１の保持部材及び前記第２の保持
   部材の内で少なくともいずれか一方は、セラミックス製
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のガスセンサ。
4. 【請求項４】 前記第１の保持部材及び前記第２の保持
   部材の内で少なくともいずれか一方は、金属製であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセ
   ンサ。
5. 【請求項５】 前記第１の保持部材及び前記第２の保持
   部材の内で金属製のものは、金属材料を金型内に射出し
   て成形する金属射出成形法が用いられて形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。