JP4430563B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサの製造方法に関するものであり、詳細には、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するための酸素センサや全領域空燃比センサ、ＮＯｘセンサ等のガスセンサの製造方法に関する。

従来から、自動車から排出される排気ガス等の被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサ素子では、排気ガス中の酸素等の濃度を検出して外部に出力する板状の検出素子を備えている。この検出素子は、例えば、ジルコニアを主体とする固体電解質基材により構成されている。この固体電解質基材は、温度が低いと活性化しないため、ガスセンサ素子には検出素子を加熱するための板状のヒータ素子を設けることが一般的である。なお、ヒータ素子は、例えば、アルミナを主体としてセラミック基板（絶縁層）と発熱抵抗体とから形成される。そして、検出素子とヒータ素子とは、例えばセメントといった貼り合わせ層を介して貼り合わされている。

さらに、上記のガスセンサ素子には、有底円筒状等に形成されたセラミック部材（絶縁碍管等と称される。）が挿入され、固定さている。そして、ガスセンサ素子は、この絶縁碍管を介して、略円筒状のセンサホルダ内に内挿保持されるようになっている。ガスセンサ素子とセンサホルダとの隙間には、接着体が配置され、両者が固定されている。

このような構成を有する従来のガスセンサは、自動車の排気管に取り付けられることが多いため、耐熱性が要求される。このため、上記のガスセンサ素子と絶縁碍管とは、セメント等の耐熱性を有する接着体によって固定することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、上記のガスセンサ素子と絶縁碍管との接着強度を最適化することにより、ガスセンサ素子の破損等を防止することも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

上記ガスセンサを製造する場合、図８に示すように、ガスセンサ素子２０１を絶縁碍管２１０の挿入孔２１１に挿入し、この状態でこれらを位置決め用治具２２０に配置する。次に、この状態で、絶縁碍管２１０の収容部２１２に未硬化状態の接着体（セメント等）２１３を充填する。そして、この位置決め用治具２２０に配置した状態で、搬送、接着体２１３の加熱乾燥、接着体２１３の加熱硬化等の工程を実施して、ガスセンサ素子２０１と絶縁碍管２１０との固定を行っている。
特開平１１−２５８２０３号公報 特開２００２−２２８６２３号公報

しかしながら、上記した従来のガスセンサの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、まず、絶縁碍管２１０にガスセンサ素子２０１を挿入し、位置決め用治具２２０に収容した状態で搬送する際に、絶縁碍管２１０とガスセンサ素子２０１とが位置ずれを起こす場合があった。そして、このように絶縁碍管２１０とガスセンサ素子２０１とが位置ずれを起こしたまま固定されてしまうと、製品が不良になってしまうため、歩留まりが低下し、生産性が低下するという問題があった。なお、ガスセンサ素子２０１に対する絶縁碍管２１０の固定位置は、製品完成時のガスセンサ素子２０１先端部（検出部）の露出長さを決めるものであり、検出性能に影響を与えるため精度良く所定位置に固定する必要がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、絶縁碍管とガスセンサ素子との位置ずれの発生を抑制することができ、従来に比べて生産性の向上を図ることのできるガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ガスセンサ素子と、このガスセンサ素子が挿入される挿入孔と接着体を収容する収容部とを有する絶縁碍管とを具備したガスセンサの製造方法であって、前記ガスセンサ素子と前記絶縁碍管との接着部位に、紫外線硬化性樹脂を塗布する工程と、紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、前記ガスセンサ素子と前記絶縁碍管材とを仮固定する工程と、前記収容部に未硬化状態の接着体を充填する工程と、加熱して前記接着体を硬化させる加熱硬化工程とを具備したことを特徴とする。

本発明のガスセンサの製造方法においては、ガスセンサ素子と前記絶縁碍管との接着部位に紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させ、ガスセンサ素子と絶縁碍管材とを仮固定する。そして、この状態で未硬化状態の接着体を充填し、接着体を加熱硬化するので、上記仮固定後の搬送時にガスセンサ素子と絶縁碍管とが位置ずれを起こすことを抑制することができる。

なお、紫外線硬化性樹脂としては、紫外線を照射することで硬化する樹脂であれば良く、例えば、プレポリマー、光重合性モノマー及び光開始剤を含有する。プレポリマーとしては、例えば、ポリエステルポリアクリレート、ポリウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエーテルアクリレート、オリゴアクリレート、アルキドアクリレート、メラミンアクリレート、シリコンアクリレート等を挙げることができる。

また、光重合性モノマーとしては、ｎ−ラウリルアクリレート、エチルアクリレート、イソブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、１，６−ヘキサンジオールモノアクリレート、ジシクロペンタジエンアクリレート、シクロヘキシルアクリレート等の単官能モノマー（単官能アクリレート）、ジシクロペンテニルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、カルボエポキシアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアイアクリレート、エチレングリコールアクリレート、ノナエチレングリコールジアクリレート等の多官能モノマー（多官能アクリレート）等を挙げることができる。なお、これらの光重合性モノマーは、反応希釈剤とも称される。また、上記光開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーケトン類、ベンゾイン類、ベンゾインエーテル類等を挙げることができる。

この紫外線硬化性樹脂は、プレポリマー、光重合性モノマー及び光開始剤の他に、安定剤、増感剤、顔料等の各種添加剤を含有していても良い。また、紫外線硬化性樹脂を使用するにあたっては、市販の紫外線硬化性樹脂（紫外線硬化性接着剤）を使用することもできる。市販の紫外線硬化性樹脂としては、例えば、（株）スリーボンドから「スリーボンド３０１８」の商品名で市販されている製品、ヘンケルジャパン（株）から「ロックタイト」の商品名で市販されている製品等を使用することができる。なお、紫外線硬化性樹脂は、未硬化状態における粘度が低すぎると塗布位置から流れてしまい、粘度が高すぎると塗布性が悪く所謂糸引き等が生じてしまう。このため、粘度が５〜２０Ｐａ・ｓの範囲内のものを使用することが好ましい。

ところで、未硬化状態の接着体には、一般的に粘度調整等の目的で水や水溶液が含まれるため、この状態の接着体を絶縁碍管の収容部に充填した後であって、上記加熱硬化工程前に、接着体を加熱乾燥して、水や水溶液を蒸発させ仮硬化させる工程が多くの場合に採られる。しかし、従来のガスセンサ素子と絶縁碍管との固定法では、搬送時にガスセンサ素子と絶縁碍管とが位置ずれを起こさない場合であっても、上記加熱乾燥時に接着体が収縮する際に、絶縁碍管を引き上げる力が加わると、これによって絶縁碍管とガスセンサ素子とが位置ずれを起こすことがあった。

そこで、本発明では、前記加熱工程の前に、前記接着体を加熱乾燥する乾燥工程を具備する場合について、この乾燥工程は、前記加熱硬化工程の加熱温度よりも低く、且つ前記紫外線硬化性樹脂が焼損しない範囲の加熱温度で加熱を行うことを特徴とする、

ガスセンサと絶縁碍管とを紫外線硬化性樹脂を用いて仮固定した後、その後の加熱硬化工程の加熱温度よりも低く、且つ紫外線硬化性樹脂が焼損しない範囲の加熱温度で加熱乾燥を行うことで、接着体が収縮する際にも、紫外線硬化性樹脂による仮固定が良好に維持されるため、乾燥工程時に絶縁碍管とガスセンサ素子とが位置ずれを起こすことを抑制することができる。

本発明のガスセンサの製造方法の一態様は、前記絶縁碍管が、略有底円筒形状とされ、その底部の略中央に設けられた前記挿入孔と前記ガスセンサ素子との間に前記紫外線硬化性樹脂が収容され、円筒形状部分に前記接着体が収容されることを特徴とする。絶縁碍管をかかる構成とし、紫外線硬化性樹脂の収容される部位と接着体が収容される部位とを設けることによって、紫外線硬化性樹脂による仮固定と接着体による固定（本固定）を、どちらも良好な状態で行うことかできる。

本発明によれば、絶縁碍管とガスセンサ素子との位置ずれの発生を抑制することができ、従来に比べて生産性の向上を図ることのできるガスセンサの製造方法を提供することができる。

以下、本発明を適用した実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排気ガス中の酸素ガス濃度を検出するとともに、排気管に装着される全領域空燃比センサ（以下、空燃比センサという。）について説明する。

図１は、本実施形態に係る空燃比センサ１の縦断面図である。この空燃比センサ１は、酸素濃度を検出可能な検出素子１１を備えたものであり、この空燃比センサ１を自動車の排気管に取り付けることにより、検出素子１１の先端側を排気ガスが流れる排気管内に配置させて使用するものである。

まず、空燃比センサ１の概略構成について説明する。図１に示すように、空燃比センサ１は、板状のガスセンサ素子１４、当該ガスセンサ素子１４の先端側（図１に示す下側）以外を内挿して保持し、ガスセンサ素子１４の軸線方向に沿って伸びる略円筒状のセラミックホルダ１３、当該セラミックホルダ１３の先端側を内挿して保持する主体金具３、当該主体金具３の先端側に接合された有底筒状のプロテクタ１９、主体金具３の後端側（図１に示す上側）に接合され、セラミックホルダ１３の後端側を囲繞して保護する外筒５、当該外筒５の後方の開口部を閉塞するように配設された略円筒状のセパレータ１６、当該セパレータ１６の外周面を囲繞し、外筒５の後端側に取り付けられた保護外筒７などから構成されている。

さらに、空燃比センサ１は上記構成に加え、ガスセンサ素子１４に装着された支持碍管１８および絶縁碍管２７、検出素子１１の後端面に塗布された保護膜３３、保護外筒７の後方の開口部を閉塞するために配設されたゴム製のグロメット２０などを各々備えている。また、セラミックホルダ１３の内部には、ガスセンサ素子１４の中間部からガスセンサ素子１４の後端部近傍までを保持する第１充填層３０２が形成され、当該第１充填層３０２の後方に形成され、ガスセンサ素子１４の後端部とその後端部に接続される電極端子２２を取り囲むようにして封着する第２充填層３１２が形成されている。なお、以下の説明において、ガスセンサ素子１４の先端部を「センサ先端部１４１」、後端部を「センサ後端部１４２」と呼ぶことにする。

次に、ガスセンサ素子１４について、図１および図２を参照して説明する。図２は、支持碍管１８が装着されたガスセンサ素子１４の斜視図である。図１および図２に示すように、ガスセンサ素子１４は、ガス濃度を検出する板状の検出素子１１と、この検出素子１１を加熱する板状のヒータ素子１２とが貼り合わせ層（図示せず）を介して互いに接着されることにより、一本の積層体として構成される。なお、空燃比センサ１に用いられるガスセンサ素子１４の構成は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細は省略するが、概略構成は以下の通りである。

まず、検出素子１１は、板状の固体電解質基材の両側にＰｔを主体とする多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、同じく固体電解質基材の両側にＰｔを主体とする多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と、これら両素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するための絶縁スペーサとから構成される。この固体電解質基材は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定ガス室の内側には、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と、酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極が露出する形態で配置されている。なお、測定ガス室は、検出素子１１のセンサ先端部１４１側に位置するように形成されており、スペーサ上に別途形成した多孔質状の拡散抵抗部を介して排気ガスが導入可能に構成されている。

また、このような検出素子１１の後端側には、図２に示すように、検出素子１１に形成される各電極との電気信号の入出力を行うための電極線２２が３本設けられている。そのうち１本の電極線は、測定ガス室の内側に露出する酸素濃淡電池素子の一方の電極および酸素ポンプ素子の一方の電極に共用化される形で電気的に接続されている。また、残りの２本の電極線２２は、酸素濃淡電池素子の他方の電極、酸素ポンプ素子の他方の電極と各々電気的に接続されている。

次に、ヒータ素子１２は、アルミナ主体とする板状の絶縁性基材の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体が挟み込まれるようにして形成されている。このヒータ素子１２の後端側には、図２に示すように、発熱抵抗体の両側に電気的に接続される電極線２２が２本設けられている。

そして、検出素子１１とヒータ素子１２とは、貼り合わせ層（例えば、リン酸セメント）を介して互いに接着される。本実施形態では、図１および図２に示すように、ヒータ素子１２の後端面１２２が、検出素子１１の後端面１１２よりも後端側に突出する形態
で接着されている。なお、検出素子１１のうち少なくとも排気ガスに晒される電極の表面上には、被毒防止用の多孔質状の保護層（図示せず）が形成される。また、検出素子１１およびヒータ素子１２の後端側から引き出される電極線２２は、各々図１に示すようにリード端子２５に対してスポット溶接にて接続される。

次に、支持碍管１８について説明する。図２に示すように、この支持碍管１８は、検出素子１１の軸線方向と平行に延設され、その延設された軸線方向と直交する方向の断面形状が略コ字状の部材である。そして、図１および図２に示すように、支持碍管１８は、その凹面側を検出素子１１の電極線２２近傍の側面側に向け、耐熱性セメント（例えば、リン酸セメント）を介して検出素子１１に接着されている。この支持碍管１８の材質には、第２充填層３１２を構成するガラス成分の熱膨張率に近い材質、具体的にはアルミナが使用されている。これは、ジルコニアを主体とする固体電解質基材からなる検出素子１１と、ガラス成分からなる第２充填層３１２との熱膨張差が大きく、互いが直接接触すると検出素子１１にクラックが発生してしまうため、支持碍管１８によって上記熱膨張差を緩衝させるためである。

次に、絶縁碍管２７について、図１および図３を参照して説明する。図３は、図２に示すガスセンサ素子１４に、絶縁碍管２７が装着された状態を示すガスセンサ素子１４の斜視図である。図３に示すように、この絶縁碍管２７は、有底円筒形状をなすセラミック部材からなり、円筒の開口する端面側を、ガスセンサ素子１４のセンサ後端部１４２側に向けた状態で、ガスセンサ素子１４の中間部よりもやや先端側に装着されている。また、絶縁碍管２７の底部の略中央には、ガスセンサ素子１４が挿入される挿入孔（後述する図４に示す挿入孔２７１）が設けられており、この挿入孔にガスセンサ素子１４が挿入された状態で、絶縁碍管２７の凹部の内側（収容部）に接着体（セメント）２８が充填され固化されることにより、ガスセンサ素子１４が絶縁碍管２７に保持されている。そして、図１に示すように、ガスセンサ素子１４を保持した絶縁碍管２７は、セラミックホルダ１３の内周面に立設されたフランジ１３１に係合するようになっている。

次に、保護膜３３について、図１を参照して説明する。この保護膜３３は、ガスセンサ素子１４のうちで検出素子１１の後端面１１２に形成されている。なお、保護膜３３は、第２充填層３１２に含まれるガラス成分の熱膨張率に近い材質、具体的にはアルミナによって形成されている。この保護膜３３は、上記の支持碍管１８と同様に、ジルコニアを基材として構成される検出素子１１の後端面に、第２充填層３１２を構成するガラス成分が直接接して、検出素子１１にクラックが生じないようにするために、検出素子１１の後端面１１２の全体を覆うように形成されている。そして、検出素子１１および第２充填層３１２の熱膨張率の差を、保護膜３３で緩衝することにより、検出素子１１にクラックが生じるのを防止している。

次に、セラミックホルダ１３について、図１を参照して説明する。図１に示すように、セラミックホルダ１３は、ガスセンサ素子１４を内挿して保持し、主体金具３に収容され、保持される略円筒状のセラミック体である。このセラミックホルダ１３の材質は、セラミックホルダ１３内に形成される第１充填層３０２および第２充填層３１２の熱膨張率に近い熱膨張率を有する材質を選択するのが好ましい。これは、セラミックホルダ１３と、第１充填層３０２および第２充填層３１２との熱膨張率差が大きいと、セラミックホルダ１３と、第１充填層３０２および第２充填層３１２との間に過度の圧縮応力が働き、セラミックホルダ１３にクラックが発生するからである。なお、本実施形態では、第１充填層３０２および第２充填層３１２がいずれもガラス成分を含有している関係から、ガラス成分の熱膨張率に近いアルミナを主体にしてセラミックホルダ１３が形成されている。

セラミックホルダ１３の先端側の内周面には、フランジ１３１が自身の内径方向に向かって立設している。そして、ガスセンサ素子１４に装着された絶縁碍管２７は、セラミックホルダ１３内のフランジ１３１に係合している。このとき、セラミックホルダ１３の先端側から、ガスセンサ素子１４のセンサ先端部１４１が所定の長さだけ突出し、このセンサ先端部１４１が排気ガス中に晒されるようになっている。こうして、ガスセンサ素子１４は、セラミックホルダ１３に同軸上に保持される。なお、セラミックホルダ１３内に内挿されて収容されるのは、ガスセンサ素子１４のセンサ先端部１４１以外の部分である。

セラミックホルダ１３とガスセンサ素子１４との間に充填される第１充填層３０２は、滑石、マグネシア、アルミナなどの粉末のうちで１種以上の粉末と、ガラス粉末とからなる混合物粉末を溶融、固化することで形成されている。なお、本実施形態の第１充填層３０２は、ガラス成分を１２質量％含有する滑石混合粉末を溶融・固化させたものである。また、ガスセンサ素子１４のセンサ後端部１４２を取り囲むように、セラミックホルダ１３とガスセンサ素子１４との間に充填される第２充填層３１２は、結晶化ガラス粉末（例えば、シリカホウ酸亜鉛マグネシウム系ガラス）を溶融・固化することで形成されている。

次に、主体金具３について説明する。図１に示すように、主体金具３は、ＳＵＳ４３０製の略円筒状の取り付け部材である。この主体金具３には、ガスセンサ素子１４を備えたセラミックホルダ１３が取り付けられ、排気ガスが流通する排気管に取り付けられる。主体金具３先端側の開口部には、突出するガスセンサ素子１４のセンサ先端部１４１を覆うように、二重の有底筒状のプロテクタ１９が設けられている。そして、プロテクタ１９の外周には、複数のガス導入口１９１が設けられている。こうして、排気ガスはこのガス導入口１９１を通過してプロテクタ１９内部に導入される。また、主体金具３とセラミックホルダ１３との隙間には、滑石粉末を圧縮充填した滑石層２４が設けられている。さらに、滑石層２４の後方には、略リング状の留め具２３が嵌め込まれている。そして、主体金具３と留め具２３との間に、外筒５の先端側が嵌め込まれ、主体金具３の後端部が内側に向かって加締められている。こうして、セラミックホルダ１３および外筒５は、主体金具３に取り付けられている。

次に、外筒５および保護外筒７について説明する。図１に示すように、略円筒状の外筒５は、ＳＵＳ３０４製であり、主体金具３の後端側に取り付けられている。そして、外筒５は、セラミックホルダ１３の中間から後端側を保護している。また、外筒５の後端側の周縁部には、外筒５の内側に略直角に折れ曲がって立設された絶縁部材支持部５１が設けられている。この絶縁部材支持部５１は、外筒５の後端側に配設されるセパレータ１６を、先端側（図１に示す下側）から支持している。一方、略円筒状の保護外筒７も、ＳＵＳ３０４製であり、外筒５の後端側から、略円筒状の保護外筒７を嵌着することにより取り付けられている。そして、外筒５と保護外筒７との嵌着部（重なり部）を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒５と保護外筒７とが強固に接続されている。

また、保護外筒７の内側には、上述したリード端子２５とリード線５０との接続部を収容して保護するセパレータ１６が配設されている。そして、保護外筒７の後端側の開口部には、その開口部を閉塞するための略円柱状のゴムキャップ２０が配設されている。このゴムキャップ２０は、保護外筒７の後端側の内側に装着された状態で、保護外筒７の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、保護外筒７に対して固定されている。そして、ゴムキャップ２０には、挿通孔が複数設けられ、その挿通孔にはセパレータ１６から引き出されるリード線５０がそれぞれ内挿されている。

以下、上述した空燃比センサ１の製造方法について説明する。まず、予め焼成して得られた板状の検出素子１１およびヒータ素子１２を貼り合わせ層を介して接着してガスセンサ素子１４を形成する。

次に、ガスセンサ素子１４のうちで検出素子１１の電極線２２近傍の側面を覆うように、耐熱性セメントを介して支持碍管１８を接着する（図２参照）。

この後、支持碍管１８が設けられたガスセンサ素子１４の中間部よりもやや先端側の径方向周囲に対して、絶縁碍管２７を固定する（図３参照）。この絶縁碍管２７とガスセンサ素子１４とを固定する工程は、以下のようにして行う。

すなわち、図４に示すように、まず、ガスセンサ素子１４の絶縁碍管２７固定位置に、未硬化状態の紫外線硬化性樹脂２８０を塗布する。この時、絶縁碍管２７の挿入孔２７１にガスセンサ素子１４を挿入した状態で、かつ、絶縁碍管２７を固定位置から上又は下にずらした状態（図４では下にずらした状態）でガスセンサ素子１４に紫外線硬化性樹脂２８０を塗布し、この後、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７の相対的位置関係を所定の固定位置に設定する。このようにすれば、紫外線硬化性樹脂２８０を塗布する際に絶縁碍管２７が邪魔にならず、かつ、紫外線硬化性樹脂２８０塗布後直ちに絶縁碍管２７を所定の固定位置に配置することができる。このような位置の変更は、ガスセンサ素子１４側を上下動させても、絶縁碍管２７側を上下動させても良い。

次に、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７の相対的位置関係を所定の固定位置に設定した状態で、紫外線２８１を照射し、紫外線硬化性樹脂２８０を硬化させて、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７とを仮固定する。この時、紫外線硬化性樹脂２８０は、ガスセンサ素子１４と、挿入孔２７１との間に収容された状態となっている。

この後、絶縁碍管２７の収容部２７２に、未硬化状態の水分を所定量含んだ接着体（セメント）２８を充填し、比較的低温（１１０℃）で４０分間加熱して接着体２８を乾燥する。なお、この加熱乾燥工程では、加熱温度を紫外線硬化性樹脂２８０が焼損する温度で実施してしまうと、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７との位置ずれが接着体２８の収縮に伴って生ずる可能性があるため、後述する接着体２８を硬化する加熱温度（８００℃）よりも低く、且つ紫外線硬化性樹脂２８０が焼損しない範囲の温度（１１０℃）で行っている。

しかる後、高温（８００℃）に加熱して、接着体２８を硬化し、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７とを固定（本固定）する。この時、紫外線硬化性樹脂２８０は焼損し、完成品には残存しない。なお、この接着体２８を硬化する工程は、後述するガラスシール工程と同時に行っている。

以上のように、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７とを紫外線硬化性樹脂２８０で仮固定した後、搬送、接着体２８の充填、加熱乾燥、加熱硬化等の各種の工程を実施することにより、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７との間に位置ずれが発生することを抑制することができ、従来に比べて生産性の向上を図ることができる。

次に、図５に示すように、検出素子１１およびヒータ素子１２の後端側から引き出される電極２２を所定形状に整線して、検出素子１１の後端面１１２に後述する熱処理後に保護膜３３となる絶縁性ペースト１３３を塗布する。

次に、上記絶縁性ペースト１３３を塗布したガスセンサ素子１４の各電極線２２に対して、リード端子２５を接続し、その状態のガスセンサ素子１４を、別途形成したセラミックホルダ１３の内側に挿入し、絶縁碍管２７をセラミックホルダ１３のフランジ１３１に係合させる。

そして、図６に示すように、ガスセンサ素子１４が内挿されたセラミックホルダ１３内の隙間に、第１充填層３０２を形成するためのガラス成分を１２質量％含有する滑石混合粉末３０１を供給し、セラミックホルダ１３に機械的振動を与えて滑石混合粉末３０１を下降させる。その後、滑石混合粉末３０１が充填されたセラミックホルダ１３内の隙間に、第２充填層３１２を形成するための結晶化ガラス粉末３１１を供給する。

次に、第１充填層３０２となる滑石混合粉末３０１および第２充填層３１２となる結晶化ガラス粉末３１１が充填されたセラミックホルダ１３を加熱炉に収容し、大気雰囲気下にて８００℃で１時間熱処理する。前述したとおり、この時の加熱処理によって、接着体２８を硬化することができる。そして、熱処理後にセラミックホルダ１３を加熱炉から取り出して、放冷する。

この熱処理を含む一連の処理を行うことによって、図７に示すように、保護膜３３が形成され、滑石混合粉末３０１は溶融・固化して第１充填層３０２として形成され、結晶化ガラス粉末３１１は溶融・固化して第２充填層３１２として形成される。また、接着体２８が硬化して絶縁碍管２７とガスセンサ素子１４とが固定される。

そして、上記のガスセンサ素子１４を保持したセラミックホルダ１３を主体金具３の内側に装着し、その後、セパレータ１６や外筒５、保護外筒７を公知の手順で適宜組み付け、図１に示す空燃比センサ１を完成させる。

以上のとおり、本実施形態によれば、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７とを紫外線硬化性樹脂２８０で仮固定した後、搬送、接着体２８の充填、加熱乾燥、加熱硬化等の各種の工程を実施することにより、ガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７との間に位置ずれが発生することを抑制することができる。これによって、従来に比べて生産性の向上を図ることができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、本実施形態の空燃比センサ１では、ガスセンサ素子１４は、検出素子１１とヒータ素子１２とを貼り合わせ層を介して互いに接着した構成からなるものであったが、検出素子とヒータ素子とを同時に焼成により一体化してガスセンサ素子を構成しても良い。また、本実施形態では、紫外線硬化性樹脂２８０を用いてガスセンサ素子１４と絶縁碍管２７とを仮固定して、未硬化状態の接着体２８を充填した後、加熱乾燥工程と加熱硬化工程（ガラスシール工程）を実施したが、加熱乾燥工程を省略して加熱硬化工程を行っても良い。

本発明の実施形態に係る空燃比センサの縦断面図。 支持碍管が装着された状態のガスセンサ素子の斜視図。 絶縁碍管が装着された状態のガスセンサ素子の斜視図。 実施形態におけるガスセンサ素子と絶縁碍管との固定工程を示す図。 絶縁性ペーストを塗布した状態のガスセンサ素子の斜視図。 ガスセンサ素子を内挿したセラミックホルダの熱処理前の状態を示す縦断面斜視図。 ガスセンサ素子を内挿したセラミックホルダの熱処理後の状態を示す縦断面斜視図。 従来の製造工程を説明するための図。

符号の説明

１…空燃比センサ、３…主体金具、１１…検出素子、１２…ヒータ素子、１３…セラミックホルダ、１４…ガスセンサ素子、１８…支持碍管、２２…電極線、２７…絶縁碍管、２８…接着体（セメント）、２７１…挿入孔、２７２…収容部、２８０…紫外線硬化性樹脂、２８１…紫外線。

Claims (3)

1. ガスセンサ素子と、このガスセンサ素子が挿入される挿入孔と接着体を収容する収容部とを有する絶縁碍管とを具備したガスセンサの製造方法であって、
   前記ガスセンサ素子と前記絶縁碍管との接着部位に、紫外線硬化性樹脂を塗布する工程と、
   紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、前記ガスセンサ素子と前記絶縁碍管材とを仮固定する工程と、
   前記収容部に未硬化状態の接着体を充填する工程と、
   加熱して前記接着体を硬化させる加熱硬化工程と
   を具備したことを特徴とするガスセンサの製造方法。
2. 前記加熱硬化工程の前に、前記接着体を加熱乾燥する乾燥工程を具備し、前記乾燥工程は、前記加熱硬化工程の加熱温度よりも低く、且つ前記紫外線硬化性樹脂が焼損しない範囲の加熱温度で加熱を行うことを特徴とする請求項１記載のガスセンサの製造方法。
3. 前記絶縁碍管が、略有底円筒形状とされ、その底部の略中央に設けられた前記挿入孔と前記ガスセンサ素子との間に前記紫外線硬化性樹脂が収容され、円筒形状部分に前記接着体が収容されることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサの製造方法。

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