JPH09127047A - 酸素センサの素子固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】素子の端面に凹凸があったり、その素子が十分
に高い強度を有していなかったりした場合でも、高い気
密性を確保しつつ素子をスリーブに固定する。 【解決手段】複数枚のシートを積層して構成した酸素濃
度検出用のセンサ素子22が支持されたインナースリーブ
16内に、粉末及び溶媒を混合して作成したスラリー45を
流入し、所定時間放置することによりスラリー45中の溶
媒を副支持部材33に吸入させてスラリー45を固化させ、
副支持部材33の表面に皮膜43を形成する。インナースリ
ーブ16内の皮膜43上の空間にスラリー45を流入及び充填
する。スラリー45の流入方向とは反対方向（下方）から
吸引することにより、皮膜43及び副支持部材33を介して
スラリー45から溶媒を濾し取り、皮膜43上に粉末を着肉
させて、副支持部材33とともにセンサ素子22をインナー
スリーブ16に支持するための主支持部材を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等から排
出される排気ガス中の酸素濃度を検出するための素子を
スリーブ内に配置した酸素センサに係り、より詳しくは
その素子をスリーブに固定する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図９に示すように、固体電解質製
の基板を有するセンサ素子５１を管状のインナースリー
ブ５２内に配置し、そのセンサ素子５１によって排気ガ
ス中の酸素濃度を検出するようにした酸素センサ５３が
知られている。センサ素子５１は、その上端面において
開口する大気導入孔５４を有しており、酸素濃度既知の
気体である大気がこの大気導入孔５４に入り込み、基板
の内面に触れる。また、センサ素子５１の外面には排気
ガスが触れるようになっている。基板はその内外面の酸
素濃度差に応じた起電力を発生するので、この起電力の
大きさに基づき排気ガス中の酸素濃度を検出することが
可能である。従って、酸素濃度を精度良く検出するに
は、排気ガスがセンサ素子５１とインナースリーブ５２
との間を通過して大気導入孔５４内へ入り込まないよう
にする必要がある。そこで、インナースリーブ５２とセ
ンサ素子５１との間に断熱性物質であるタルクを介在さ
せ、気密性を確保することが行われている（例えば、特
開昭６２−２７６４５１号公報参照）。

【０００３】前記タルクを用いてセンサ素子５１をイン
ナースリーブ５２に固定する方法として、次の２つの方
法が知られている。第１の方法は、図１０に示すように
インナースリーブ５２を倒立させた状態にし、その開口
部５２ａから倒立状態のセンサ素子５１を挿入し、両者
５１，５２の間にスペーサ５５，５６を装着する。粉末
状のタルク５７を開口部５２ａからインナースリーブ５
２内へ投入してスペーサ５６上に堆積させた後、上方か
ら圧力を加えてタルク５７を固める。

【０００４】第２の方法は、粉末状のタルクを固めた圧
粉体５８をインナースリーブ５２やセンサ素子５１とは
別に予め成形しておく。倒立状態のインナースリーブ５
２の開口部５２ａから倒立状態のセンサ素子５１を挿入
し、スペーサ５５，５６を装着する。圧粉体５８をセン
サ素子５１に被せ、インナースリーブ５２内に押し込
む。圧粉体５８をスペーサ５６上まで移動させた後に、
上方から圧粉体５８に圧力を加える。このように圧力を
加えるのは、圧粉体５８とセンサ素子５１との間隙や、
圧粉体５８とインナースリーブ５２との間隙を小さくす
べく、その圧粉体５８をセンサ素子５１やインナースリ
ーブ５２の形状に合わせて変形させるためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複数枚のシ
ートを積層して構成した積層型のセンサ素子５１におい
ては、その端面５１ａに凹凸６２，６３が存在すること
がある。凹凸６２は、図１１（ａ）に示すように各シー
ト５９，６０の端面５９ａ，６０ａがずれた状態で積層
された場合に生ずる。また、凹凸６３はシート６１の端
面６１ａが丸みを帯びていることに起因して生じたもの
である。詳しくは、シート６１の製造に際し、柔軟なシ
ート材からそのシート６１を打ち抜くときに端面６１ａ
が丸みを帯びることがある。この場合、シート６０，６
１をずれないように積層したとしても端面６０ａ，６１
ａ間に凹凸６３が生ずる。加えて、積層型のセンサ素子
５１は通常、図１１（ｂ）で示すように断面長方形をな
しているので、断面円形状の場合に比べ肉厚が小さく強
度が低い。このような状況ではタルクを隙間のない状態
で高密度に充填しにくく、高い気密性を確保することが
困難である。

【０００６】より詳しくは、第１の方法に従うと、多く
の場合、センサ素子５１の片側の側面５１ｂとインナー
スリーブ５２との隙間ｄ１に粉末状のタルク５７が投入
される。その隙間ｄ１に入ったタルク５７は、センサ素
子５１の端面５１ａとインナースリーブ５２との隙間ｄ
２や、センサ素子５１の反対側の側面５１ｃとインナー
スリーブ５２との隙間ｄ３へ移動して、それらの隙間ｄ
１，ｄ２，ｄ３を充填してゆく。このとき、隙間ｄ２，
ｄ３、特に、隙間ｄ２における端面５１ａの凹凸６２，
６３にタルク５７が入りにくい。このようにタルク５７
の量が均一にならないことに対しては高い圧力を加える
ことが考えられるが、前述したように、センサ素子５１
が十分に高い強度を有していないことから実施困難であ
る。このため、低い荷重で粉末状のタルク５７に圧力を
加えることになるが、タルク５７の密度が部位によって
異なり、十分な気密性が得られない問題がある。

【０００７】また、第２の方法では、圧粉体５８を上方
から加圧した場合、その圧力が圧粉体５８の全体に均一
に伝播しない。圧力は圧粉体５８の上部には伝わりやす
いが、下方ほど伝わりにくくなる。このため、圧粉体５
８とセンサ素子５１との間隙、及び圧粉体５８とインナ
ースリーブ５２との間隙が十分小さくならず、気密性の
確保が困難である。特に、センサ素子５１の端面５１ａ
に凹凸６２，６３が存在する場合には圧粉体５８を凹凸
６２，６３に合わせて変形させにくい。これに対しては
高い圧力を加えることが考えられるが、センサ素子５１
が十分に高い強度を有していないことから実施困難であ
る。このため、センサ素子５１の端面５１ａと圧粉体５
８との隙間を十分小さくできず、気密性確保の上で不利
である。

【０００８】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は素子の端面に凹凸があったり、そ
の素子が十分に高い強度を有していなかったりした場合
でも、高い気密性を確保しつつ素子をスリーブに固定す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の第１の発明は、複数枚のシートを積
層して構成した酸素濃度検出用の素子をスリーブ内に配
置し、同素子をスリーブの内壁面から離間させた状態で
多孔性の副支持部材により支持する工程と、前記素子が
支持されたスリーブ内に、粉末及び溶媒を混合して作成
したスラリーを流入し、所定時間放置することによりス
ラリー中の溶媒を副支持部材に吸収させて前記スラリー
を固化させ、副支持部材表面に皮膜を形成する工程と、
前記皮膜の形成後、前記スリーブ内の皮膜上の空間に前
記スラリーを流入及び充填する工程と、前記スラリーの
充填後、そのスラリーの流入方向とは反対方向から吸引
することにより、皮膜及び副支持部材を介してスラリー
から溶媒を濾し取り、同皮膜上に前記粉末を着肉させ
て、前記副支持部材とともに素子をスリーブに支持する
ための主支持部材を形成する工程とを備えている。

【００１０】上記第１の発明において、複数枚のシート
を積層して構成した酸素濃度検出用の素子をスリーブに
固定する際には、まず素子をスリーブ内に配置する。こ
の素子をスリーブの内壁面から離間させ、多孔性の副支
持部材によりスリーブ内に支持する。

【００１１】次に、粉末及び溶媒を混合して作成したス
ラリーをスリーブ内に流し込み、所定時間放置する。こ
の所定時間が経過する間にスラリー中の溶媒が副支持部
材に吸収され、スラリーが固化する。すると、副支持部
材の表面に皮膜が形成される。この皮膜と副支持部材と
はフィルタとして機能する。

【００１２】前記皮膜の形成後、前記スリーブ内の皮膜
上の空間に前記スラリーを流し込む。皮膜はスラリーが
副支持部材自身や、その副支持部材と素子との隙間や、
副支持部材とスリーブとの隙間を通過して流下するのを
阻止する。このため、スリーブ内の皮膜上の空間にスラ
リーが充填される。

【００１３】スラリーは溶媒の存在により流動性を有し
ていて、粉末のみの場合に比べ形状の自由度が高い。こ
のため、素子の端面に凹凸が存在していても、スラリー
はその凹凸に合わせて形を変える。そして、端面を含む
素子の表面及びスリーブの内壁面にスラリーが接触す
る。従って、スラリーと素子との間や、スラリーとスリ
ーブとの間に隙間が生じない。さらに、素子の断面形状
が長方形等の非円形であっても、スラリーはその素子の
形状に合わせて流動し、スリーブ内に均一に充填され
る。

【００１４】前記スラリーの充填後、そのスラリーの流
入方向とは反対方向から吸引する。すると、吸引にとも
なう負圧が副支持部材及び皮膜を介してスラリーに作用
し、そのスラリーから溶媒が濾し取られる。粉末の粒子
同士が接触して固化し、皮膜上に着肉する。副支持部材
とともに素子をスリーブに支持するための主支持部材が
形成される。このように形成された主支持部材は、端面
を含む素子表面や、スリーブの内壁面に密着し、しかも
密度が均一で高い。従って、主支持部材の形成に際して
は加圧処理を行わなくて十分な気密性が得られる。

【００１５】また、請求項２に記載の第２の発明は、複
数枚のシートを積層して構成した酸素濃度検出用の素子
をスリーブ内に配置し、同素子をスリーブの内壁面から
離間させた状態で多孔性の副支持部材により支持する工
程と、前記素子が支持されたスリーブ内に、粉末及び溶
媒を混合して作成したスラリーを時間とともに徐々に流
入することにより、副支持部材表面に皮膜を形成すると
ともに、スリーブ内の皮膜上の空間に前記スラリーを充
填する工程と、前記スラリーの充填後、そのスラリーの
流入方向とは反対方向から吸引することにより、皮膜及
び副支持部材を介してスラリーから溶媒を濾し取り、同
皮膜上に前記粉末を着肉させて、前記副支持部材ととも
に素子をスリーブに支持するための主支持部材を形成す
る工程とを備えている。

【００１６】上記第２の発明においては、酸素濃度検出
用の素子を多孔性の副支持部材によりスリーブ内に支持
した後、粉末及び溶媒を混合して作成したスラリーをス
リーブ内に時間とともに徐々に流入する。この流入の際
に、スラリー中の溶媒が副支持部材に吸収され、スラリ
ーの一部が固化する。すると、副支持部材の表面に皮膜
が形成される。前記流入により、スリーブ内の皮膜上の
空間にスラリーが充填される。スラリーの充填後、その
スラリーの流入方向とは反対方向から吸引すると、吸引
にともなう負圧が副支持部材及び皮膜を介してスラリー
に作用し、そのスラリーから溶媒が濾し取られる。粉末
の粒子同士が接触して固化し、皮膜上に着肉する。副支
持部材とともに素子をスリーブに支持するための主支持
部材が形成される。

【００１７】従って、第２の発明では、多孔性の副支持
部材の表面に皮膜を形成する手順が第１の発明と若干異
なるものの、基本的な作用は同様である。すなわち、溶
媒の流動性を利用することにより、端面を含む素子の表
面及びスリーブの内壁面にスラリーを接触させるととも
に、そのスラリーをスリーブ内に均一に充填することが
可能である。吸引にともなう負圧をスラリーに作用させ
て溶媒を濾し取り、粉末を皮膜上に着肉させることによ
り、端面を含む素子表面や、スリーブの内壁面に密着
し、しかも密度が均一で高い主支持部材を形成すること
が可能である。加圧処理を行わなくても、十分な気密性
を確保しつつ、素子が主支持部材によってスリーブに固
定される。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、第１の発明を具体化した第
１の実施の形態について説明する。

【００１９】まず、酸素センサの概略構成を図７，８に
従って説明する。図７に示すように、酸素センサ１１は
上下両端を開放した筒状のハウジング１２を備えてい
る。ハウジング１２の外周には透孔１３を有するフラン
ジ１４が固着されており、これらの透孔１３に挿通され
たボルト（図示略）によってハウジング１２が、エンジ
ンの排気管に固定されるようになっている。ハウジング
１２内には、上下両端を開放した筒状をなし、かつ外周
に環状突部１５ａを有する中間部材１５が嵌入されてい
る。略円管状をなすインナースリーブ１６は、下端に拡
径部１７を有し、上端に透孔１８を有している。そし
て、拡径部１７を含む下端部が環状突部１５ａ等に嵌合
されることにより、インナースリーブ１６が中間部材１
５に装着されている。

【００２０】インナースリーブ１６内には酸素濃度検出
用のセンサ素子２２が固定されている。センサ素子２２
は図８に示すように長尺状をなす本体部２３と、その一
端に形成された幅広部２４とを備え、全体として正面略
Ｔ字状をなしている。センサ素子２２は、それぞれシー
ト状をなす基板１９、枠体２０及びヒータ２１を積層す
ることにより構成されている。基板１９はイオンの移動
によって電気伝導を起こす固体である、安定化ジルコニ
ア等の固体電解質によって形成されている。基板１９に
おいては、その外面（図８では上面）が排気ガスに晒さ
れ、内面が酸素濃度既知の気体（この場合大気）に晒さ
れる。その結果、基板１９では内外両側の酸素濃度比に
応じた起電力が発生する。

【００２１】基板１９の内外両面には、電極反応部２５
及び電極リード部２６を備えた白金製の電極２７が形成
されている。電極反応部２５は、基板１９での起電力に
応じた信号を発生する。電極リード部２６には端子２８
を介してリード線２９が接続されており、電極反応部２
５で発生した信号が、これらの電極リード部２６、端子
２８、リード線２９等を介して酸素センサ１１の外部に
取り出される（図７参照）。なお、図示はしないが、電
極リード部２６は基板１９上に形成されたリード保護層
によって被覆され、電極反応部２５は基板１９上に積層
された多孔質層及び溶射層によって被覆されている。

【００２２】枠体２０は正面略Ｕ字状をなし、ヒータ２
１は正面略Ｔ字状をなしている。ヒータ２１は、電極反
応部２５を所定温度（例えば４００℃）以上に維持し
て、センサ素子２２の作動を安定させる。これらの基板
１９、枠体２０及びヒータ２１によって囲まれる空間は
大気導入孔３０となっている。この大気導入孔３０はセ
ンサ素子２２の幅広部２４において長方形状をなすよう
に開口しており、酸素濃度既知の気体である大気が、こ
の開口部分から本体部２３の内部へ導入される。なお、
このセンサ素子２２は従来技術で説明したものと同様の
凹凸を自身の端面２２ａに有している。

【００２３】前記センサ素子２２はインナースリーブ１
６に対し以下のようにして固定されている。図７に示す
ように、インナースリーブ１６上端の透孔１８には端子
保持部材３１が挿通され、その下にセンサ素子２２が配
置されている。センサ素子２２の幅広部２４は端子保持
部材３１の直下に位置し、本体部２３は前記中間部材１
５を貫通し、ハウジング１２の下方において露出してい
る。幅広部２４から上方へ延びる端子２８は端子保持部
材３１に挿通されている。

【００２４】インナースリーブ１６と本体部２３上端と
の間には、断熱性を有する材料からなる第１スペーサ３
２及び副支持部材３３が介在されている。副支持部材３
３は多孔性の材料によって形成されたものであり、ここ
ではニチアス株式会社製 商品名パーミキュライトが用
いられている。インナースリーブ１６と本体部２３との
間であって、副支持部材３３から下方へ離間した位置に
は第２スペーサ３４及び第３スペーサ３５が介在されて
いる。

【００２５】副支持部材３３、第２スペーサ３４及びイ
ンナースリーブ１６によって囲まれた空間には、断熱性
を有する材料である、タルクの粉末を主成分とする主支
持部材３６が配置されている。そして、これらの主支持
部材３６、副支持部材３３等によってセンサ素子２２が
インナースリーブ１６に固定されている。

【００２６】前記ハウジング１２の下端部には、そのハ
ウジング１２から露出するセンサ素子２２の下端部を覆
うための、内外一対の保護カバー３７，３８が装着され
ている。両保護カバー３７，３８は有底円筒状をなすと
ともに、自身の外周に多数個の孔３７ａ，３８ａを有し
ており、排気管を流れる排気ガスの一部がこれらの孔３
７ａ，３８ａを通ってセンサ素子２２の下端部に接触す
るようになっている。一方、ハウジング１２の上端には
インナースリーブ１６を覆った状態でアウタースリーブ
３９が装着され、さらにそのスリーブ３９の上部外周に
はカバー４０が被せられている。アウタースリーブ３９
の上端部には、端子２８とリード線２９との接続部分を
覆う保護部材４１が嵌入され、カバー４０内には前記リ
ード線２９を弾性的に支持するためのゴム製ブッシュ４
２が嵌合されている。

【００２７】上記のように構成された酸素センサ１１の
使用時には、大気導入孔３０に酸素濃度既知の大気が導
かれ、排気ガスが溶射層、多孔質層を通過して基板１９
の外面や電極反応部２５に至る。基板１９の内面と外面
とで酸素濃度、すなわち酸素分圧が異なり、酸素分圧の
高い大気側から排気ガス側へ向けて酸素イオンが移動す
る。その結果、電極反応部２５間に起電力が発生する。
また、白金製の電極反応部２５は、排気ガス中の酸素と
一酸化炭素とを結合させる触媒作用を発揮し、基板１９
外面付近の酸素濃度を低下させて、内面付近の酸素濃度
との差を増大させることにより、起電力を増大させる。
この増大された起電力が電極リード部２６を介して出力
され、その起電力に基づき排気ガス中の酸素濃度が検出
される。

【００２８】次に、前記酸素センサ１１の製造に際し、
インナースリーブ１６にセンサ素子２２を固定する方法
について説明する。まず、図２に示すように粉末と溶媒
とを混合することによりスラリー４５を作成する。粉末
としては例えば、熱電導率の低い材料であるタルク（天
然鉱物の一種）の粉末を用い、溶媒としては例えば揮発
性を有するエチルアルコールを用いる。さらに、必要に
応じて上記混合液に分散剤（界面活性剤）を添加する。
分散剤を添加する目的は、タルク粉末の粒子同士がくっ
ついて粘度が高くなるのを妨げ、粒子同士を反発させて
溶媒に浮いた状態にすることである。この分散剤の添加
により高濃度のスラリー４５が得られる。スラリー４５
の粘度は１０００ｃｐ（センチポイズ）であることが望
ましい。これよりも粘度が高いと、スラリー４５がイン
ナースリーブ１６内へ流入しにくく、作業性が悪いから
である。この分散剤としては市販されているものを用い
ることができる。

【００２９】次に、図１に示すように、拡径部１７が上
側に位置し、透孔１８が下側に位置するようにインナー
スリーブ１６を倒立状態にする。本体部２３が上側に位
置し、幅広部２４が下側に位置するようにセンサ素子２
２を倒立状態にする。幅広部２４から下方へ延びる端子
２８を端子保持部材３１に挿通させる。端子保持部材３
１及びセンサ素子２２を矢印で示すように、前記拡径部
１７からインナースリーブ１６内へ挿入し、端子保持部
材３１を透孔１８に挿通する。すると、センサ素子２２
の幅広部２４の全体と、本体部２３の幅広部２４側の約
半分がインナースリーブ１６内に入り込む。

【００３０】続いて、第１スペーサ３２及び副支持部材
３３を本体部２３に上方から順に嵌める。これらの第１
スペーサ３２及び副支持部材３３を、その第１スペーサ
３２が幅広部２４に当接する位置まで押し下げる。する
と、センサ素子２２は図２に示すように第１スペーサ３
２及び副支持部材３３により、インナースリーブ１６の
内壁面から離間した状態に支持される。この状態では、
副支持部材３３とインナースリーブ１６との間や、同副
支持部材３３と本体部２３との間にはわずかな隙間が生
じている。

【００３１】なお、センサ素子２２をインナースリーブ
１６に挿入する前の段階で、第１スペーサ３２及び副支
持部材３３を本体部２３に嵌めてもよい。次に、前記の
ように作成したスラリー４５の少量を、拡径部１７から
インナースリーブ１６内へ流し込み、所定時間放置す
る。このスラリー４５の量は、副支持部材３３の上面を
覆い隠せる量よりも多い（例えば１ｃｃ位）ことが重要
である。前記所定時間が経過する間にスラリー４５中の
溶媒が副支持部材３３の孔に吸収され、粉末状のタルク
が残って固化する。すなわち、スラリー４５からある程
度の溶媒が抜けると、タルクの粒子同士が接触して固ま
った状態になる。すると、図３に示すように副支持部材
３３の上面３３ａ全体、外周面３３ｂ及び内周面３３ｃ
に皮膜４３が形成される。この皮膜４３と副支持部材３
３とはフィルタとして機能する。

【００３２】また、前記スラリー４５の流入時には、そ
のスラリー４５が副支持部材３３とインナースリーブ１
６との隙間や、副支持部材３３とセンサ素子２２の本体
部２３との隙間を通って流下していないかどうかを確認
する。そして、流下していなければ以降の作業を継続す
るが、流下していれば、その該当個所の隙間が限度を越
えて大きいために皮膜４３が形成されないものと判断し
て、これらのインナースリーブ１６、センサ素子２２等
を除外し、以降の作業には用いないようにする。

【００３３】皮膜４３の形成後、図４に示すように、拡
径部１７からインナースリーブ１６へ再び所定量のスラ
リー４５を流し込む。このスラリー４５は最初に流し込
んだものと同じ組成のものであるが、その最初のものよ
りも多量（数ｃｃ）である。この際、スラリー４５の全
量を一度に流し込んでもよいし、少量ずつ徐々に流し込
んでもよい。

【００３４】皮膜４３は、スラリー４５が副支持部材３
３自身や、その副支持部材３３とセンサ素子２２との隙
間や、副支持部材３３とインナースリーブ１６との隙間
を通過して流下するのを阻止する。このため、スラリー
４５は皮膜４３上の空間に溜まる。

【００３５】このスラリー４５は溶媒の存在により流動
性を有していて、粉末状のタルクのみの場合に比べ形状
の自由度が高い。このため、センサ素子２２の端面２２
ａに凹凸が存在していても、スラリー４５はその凹凸に
合わせて形を変える。そして、端面２２ａを含むセンサ
素子２２の表面及びインナースリーブ１６の内壁面にス
ラリー４５が接触する。従って、スラリー４５とセンサ
素子２２との間や、スラリー４５とインナースリーブ１
６との間に隙間が生じない。さらに、センサ素子２２の
断面形状が長方形（非円形）であるが、スラリー４５は
そのセンサ素子２２の形状に合わせて流動し、インナー
スリーブ１６内に均一に充填される。

【００３６】前記スラリー４５の充填後、図５に示すよ
うに、予め用意しておいた筒状の治具４４にインナース
リーブ１６を装着する。治具４４においてインナースリ
ーブ１６よりも下方の空間を減圧する。換言すると、前
記スラリー４５の流入方向とは反対方向である下方から
吸引する。吸引の圧力は、その吸引によって形成される
主支持部材３６の密度を高めるという観点からは、大気
圧よりも４００ｍｍＨｇ以上低いことが好ましい。

【００３７】すると、吸引にともなう負圧が第１スペー
サ３２、副支持部材３３、皮膜４３を介してスラリー４
５に作用し溶媒が濾し取られる。タルクの粒子同士が接
触して固化し、皮膜４３上に着肉する。副支持部材３３
とともにセンサ素子２２をインナースリーブ１６に支持
するための主支持部材３６が形成される。この主支持部
材３６は、端面２２ａを含むセンサ素子２２の表面やイ
ンナースリーブ１６の内壁面に密着し、しかも密度が均
一で高い。従って、主支持部材３６の形成に際しては加
圧処理を行わなくて十分な気密性が得られる。吸引終了
後、そのまま放置し、主支持部材３６にわずかに残って
いる溶媒が揮発するのを待つ。

【００３８】なお、二回目のスラリー４５の流入と、イ
ンナースリーブ１６の治具４４への装着の順序を逆にし
てもよい。すなわち、インナースリーブ１６を治具４４
に装着した状態でスラリー４５を流入し、吸引してもよ
い。

【００３９】主支持部材３６の形成後、図６に示すよう
に、インナースリーブ１６と本体部２３との間に第２ス
ペーサ３４、第３スペーサ３５、中間部材１５等を装着
する。このようにして、センサ素子２２がインナースリ
ーブ１６に固定された中間製品４６が得られる。

【００４０】本実施の形態では前述したように、主支持
部材３６がインナースリーブ１６及びセンサ素子２２の
本体部２３に密着していることに加え、密度が均一で高
くなっている。このため、上記センサ素子２２及びイン
ナースリーブ１６が組み込まれた酸素センサ１１の使用
時には、排気ガスが主支持部材３６とインナースリーブ
１６との間や、同主支持部材３６と本体部２３との間を
通過して幅広部２４側へ流れることが抑制される。その
結果、排気ガスが幅広部２４の上端において開口してい
る大気導入孔３０内へ入り込んで、センサ素子２２の検
出精度や出力を低下させるといった不具合を防止でき
る。また、主支持部材３６は排気ガスの熱を遮断するの
で、この熱によって耐熱性の低いゴム製のブッシュ４２
等が劣化するのを防止できる。

【００４１】本実施の形態は、前述した事項以外にも以
下の特徴を有する。 （ａ）スラリー４５の溶媒として、揮発性を有する液体
であるエチルアルコールを用いている。このため、減圧
により短い時間で回収することができ、繰り返して使用
するのに適している。

【００４２】（ｂ）スラリー４５を二回に分けてインナ
ースリーブ１６に流し込んでいる。すなわち、最初に少
量のスラリー４５を流し込み、皮膜４３の形成後に、再
びスラリー４５を流し込んでいる。このため、一度に全
部のスラリー４５を流し込んだ場合に比べて、次の点で
優れている。副支持部材３３等の構成部品の公差等によ
り、同副支持部材３３とインナースリーブ１６との隙間
や、副支持部材３３とセンサ素子２２の本体部２３との
隙間が限度を超えて大きな場合がある。この場合には、
流入されたスラリー４５が前記隙間から流下してしま
い、目的とする皮膜４３が形成されないばかりか、流し
込んだスラリー４５が無駄になってしまう。本実施の形
態では、最初の少量のスラリー４５の流入時に、これが
隙間を通って流下するかどうかを確認し、流下している
場合には、二回目のスラリー４５の流入を行わないよう
にしている。このため、スラリー４５の無駄な使用を抑
制することができる。

【００４３】（ｃ）二回目に流入されるスラリー４５か
ら溶媒を分離（除去）する方法としては、そのスラリー
４５の流入後、放置しておくことが考えられる。このよ
うにしても溶媒を自然に蒸発させて粉末状のタルクを固
化させ、主支持部材３６を形成することが可能である。
しかし、インナースリーブ１６が管状をなしていて、そ
の径が小さく、蒸発に関わるスラリー４５の表面積が小
さい。このため、溶媒の蒸発に長時間を要し、量産に向
かない。これに対し、本実施の形態では、副支持部材３
３及び皮膜４３をフィルタとして機能させ、これらを介
してスラリー４５に負圧を作用させている。このため、
前記放置の場合よりも短い時間でスラリー４５から溶媒
を強制的に濾し取り、皮膜４３上にタルクを着肉させる
ことができ、量産に適している。

【００４４】（ｄ）スラリー４５から溶媒を濾し取る際
の負圧と、主支持部材３６の密度との間には相関関係が
見られる。従って、この負圧を高くするほど（強い力で
吸引するほど）粉末状のタルクの粒子間の間隔を狭め
て、高密度の主支持部材３６を得ることができる。別の
表現をすると、負圧の大きさを調整することにより、主
支持部材３６の密度を適宜変更することが可能である。 （第２の実施の形態）次に、第２の発明を具体化した第
２の実施の形態について説明する。

【００４５】本実施の形態は、センサ素子２２が支持さ
れたインナースリーブ１６内にスラリー４５を時間とと
もに徐々に流入することにより、副支持部材３３表面に
皮膜４３を形成するとともに、インナースリーブ１６内
の皮膜４３上の空間に前記スラリー４５を充填してい
る。すなわち、一回のスラリー４５の流入により、皮膜
４３の形成と充填とをほぼ同時に行っている。この際の
流入量は、第１の実施の形態での１回目のスラリー流入
量と２回目のスラリー流入量との和である。また、前記
量のスラリー４５を一度に全部流し込むのではなく、少
量ずつゆっくりと流し込む。それ以外は前記第１の実施
の形態と同じである。この方法は副支持部材３３、セン
サ素子２２、インナースリーブ１６等の構成部品の公差
が小さく、その公差に基づく隙間の小さな場合に適して
いる。

【００４６】以下に、第１の実施の形態との相違点を中
心として、第２の実施の形態を説明すると、センサ素子
２２のインナースリーブ１６への固定に際し、同センサ
素子２２を多孔性の副支持部材３３によりインナースリ
ーブ１６内に支持する（図１参照）。粉末及び溶媒を混
合して作成したスラリー４５をインナースリーブ１６内
に時間とともに徐々に流入する。この流入の際に、スラ
リー４５中の溶媒が副支持部材３３の孔に吸収され、ス
ラリー４５の一部（下端部分）が固化する。すると、副
支持部材３３の表面に皮膜４３が形成される。また、前
記流入により皮膜４３上の空間にスラリー４５が充填さ
れる。スラリー４５の充填後、そのスラリー４５の流入
方向とは反対方向から吸引すると、吸引にともなう負圧
が副支持部材３３及び皮膜４３を介してスラリー４５に
作用し、そのスラリー４５から溶媒が濾し取られる（図
５参照）。粉末状タルクの粒子同士が接触して固化し、
皮膜４３上に着肉する。センサ素子２２をインナースリ
ーブ１６に支持するための主支持部材３４が形成され
る。

【００４７】従って、第２の実施の形態では、多孔性の
副支持部材３３の表面に皮膜４３を形成する手順が第１
の実施の形態と若干異なるものの、基本的な作用は同様
である。すなわち、溶媒の流動性を利用することによ
り、端面２２ａを含むセンサ素子２２の表面及びインナ
ースリーブ１６の内壁面にスラリー４５を接触させると
ともに、そのスラリー４５をインナースリーブ１６内に
均一に充填することが可能である。吸引にともなう負圧
をスラリー４５に作用させて溶媒を濾し取り、粉末状タ
ルクを皮膜４３上に着肉させることにより、端面２２ａ
を含むセンサ素子２２の表面や、インナースリーブ１６
の内壁面に密着し、しかも密度が均一で高い主支持部材
３６を形成することが可能である。加圧処理を行わなく
ても、十分な気密性を確保しつつ、センサ素子２２を主
支持部材３６によってインナースリーブ１６に固定でき
る。

【００４８】

【実施例】次に、前記第１の実施の形態の実施例につい
て説明する。まず、粉末として平均粒径が３μｍのタル
クを準備し、溶媒としてエチルアルコールを準備した。
タルク６５重量％にエチルアルコール３５重量％を混合
し、これに市販の分散剤を１重量％添加することによ
り、粘度が１０００ｃｐ（センチポイズ）以下のスラリ
ー４５を得た。

【００４９】図２に示すように、センサ素子２２をイン
ナースリーブ１６内に配置し、両者２２，１６の間に第
１スペーサ３２及び副支持部材３３を装着した。拡径部
１７からインナースリーブ１６内へ前記スラリー４５を
１ｃｃ流し込み、１０秒間放置した。図４に示すように
拡径部１７からインナースリーブ１６内へ４ｃｃのスラ
リー４５を流し込んだ。図５に示すようにインナースリ
ーブ１６を治具４４に装着し、下方から大気圧よりも４
００ｍｍＨｇ低い圧力で吸引した。吸引終了後しばらく
の間放置しておき、溶媒を自然に揮発させて、主支持部
材３６を形成した。

【００５０】主支持部材３６の形成後、図６に示すよう
にインナースリーブ１６とセンサ素子２２の本体部２３
との間に第２スペーサ３４、第３スペーサ３５、中間部
材１５等を装着し、センサ素子２２をインナースリーブ
１６に固定して中間製品４６を得た。

【００５１】続いて、この中間製品４６を用いて図７に
示すような酸素センサ１１を組み立て、専用の測定機器
を用い、主支持部材３６とセンサ素子２２との間や、主
支持部材３６とインナースリーブ１６との間を通過する
気体の量（リーク量）を測定した。この気体としては、
排気ガスに限らず種々の気体、例えば空気等を用いるこ
とができる。その結果、１分当たりのリーク量は１．４
ｃｃと非常に少量であり、許容範囲内であることが確認
できた。

【００５２】さらに、前記のようにして形成された主支
持部材３６の密度を測定した。また、比較例として金型
にタルク粉末を詰め、その粉末に１ton/cm² の荷重をか
けて成形体を形成し（従来技術の第２の方法に相当）、
その成形体の密度も併せて測定した。その結果、比較例
の成形体の密度が理論密度の６２％であるのに対し、実
施例の密度は理論密度の６１％であった。このことか
ら、本実施例によっても、金型を用いた場合と同等の高
い密度を有する主支持部材３６を形成できることを確認
した。

【００５３】なお、本発明は次に示す別の実施の形態に
具体化することができる。 （１）スラリー４５を作成する際に用いる溶媒は、エチ
ルアルコール以外の液体、例えば水であってもよい。た
だし、蒸発しやすい液体である方が、短いサイクルで回
収して再利用する場合に適している。

【００５４】（２）スラリー４５を作成する際に用いる
粉末は熱電導率の低い物質であればよく、タルクに限定
されない。タルク粉末に代えて、例えばジルコニアの粉
末や、アルミナの粉末を用いてもよい。

【００５５】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、各形態から把握できる請求項以外の技術的思想
について、以下にそれらの効果とともに記載する。 （イ）請求項１に記載の固定方法において、二度目のス
ラリーのスリーブへの流入は、最初のスラリーをスリー
ブ内に流入して、そのスラリーが副支持部材よりも下方
へ流下しない場合にのみ行うものである酸素センサの素
子固定方法。このようにすれば、酸素センサの各構成部
品の公差等により、副支持部材とスリーブとの間隙や同
副支持部材とセンサ素子との間隙が限度以上に大きな場
合に、二度目のスラリーを流入して無駄になるのを未然
に防止できる。

【００５６】（ロ）請求項１又は２に記載の固定方法に
おいて、前記スラリー中に分散剤を含有させた酸素セン
サの素子固定方法。このようにすれば、粉末の粒子同士
がくっついて粘度が高くなり、スラリーの流動性が低下
するのを防止できる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように第１の発明では、素
子が支持されたスリーブ内にスラリーを流入し、所定時
間放置して副支持部材表面に皮膜を形成し、その皮膜上
の空間に再びスラリーを充填した後、スラリーの流入方
向とは反対方向から吸引することにより、皮膜上にスラ
リー中の粉末を着肉させて主支持部材を形成するように
している。また、第２の発明では、素子が支持されたス
リーブ内にスラリーを時間とともに徐々に流入すること
により、副支持部材表面に皮膜を形成するとともに、そ
の皮膜上の空間にスラリーを充填し、その後、スラリー
の流入方向とは反対方向から吸引することにより、皮膜
上にスラリー中の粉末を着肉させて主支持部材を形成す
るようにしている。このため、素子の端面に凹凸があっ
たり、その素子が十分に高い強度を有していなかったり
した場合でも、高い気密性を確保しつつ素子をスリーブ
に固定することができる。そして、この素子付きスリー
ブを酸素センサの一構成部品として使用すれば、排気ガ
スのリーク量が少なく酸素濃度の検出精度や出力の高い
酸素センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態において、インナースリーブ
にセンサ素子を挿入する前の状態を示す部分断面図。

【図２】インナースリーブにセンサ素子を挿入した状態
の部分断面図。

【図３】副支持部材の表面に皮膜が形成された状態の部
分拡大断面図。

【図４】インナースリーブ内の皮膜上の空間にスラリー
を流し込む状態の部分断面図。

【図５】スラリーに負圧を作用させて溶媒を濾し取る状
態の部分断面図。

【図６】センサ素子をインナースリーブに固定した状態
の部分断面図。

【図７】酸素センサの断面図。

【図８】センサ素子の斜視図。

【図９】従来の方法に従ってセンサ素子をインナースリ
ーブに固定した酸素センサの部分断面図。

【図１０】従来の方法に従ってセンサ素子をインナース
リーブに固定する状態を示す部分断面図。

【図１１】（ａ）はセンサ素子の端部の凹凸を示す説明
図、（ｂ）は図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図。

【符号の説明】

１６…インナースリーブ、１９…シートとしての基板、
２０…シートとしての枠体、２１…シートとしてのヒー
タ、２２…センサ素子、３３…副支持部材、３６…主支
持部材、４３…皮膜、４５…スラリー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚のシートを積層して構成した酸素
   濃度検出用の素子をスリーブ内に配置し、同素子をスリ
   ーブの内壁面から離間させた状態で多孔性の副支持部材
   により支持する工程と、 前記素子が支持されたスリーブ内に、粉末及び溶媒を混
   合して作成したスラリーを流入し、所定時間放置するこ
   とによりスラリー中の溶媒を副支持部材に吸収させて前
   記スラリーを固化させ、副支持部材表面に皮膜を形成す
   る工程と、 前記皮膜の形成後、前記スリーブ内の皮膜上の空間に前
   記スラリーを流入及び充填する工程と、 前記スラリーの充填後、そのスラリーの流入方向とは反
   対方向から吸引することにより、皮膜及び副支持部材を
   介してスラリーから溶媒を濾し取り、同皮膜上に前記粉
   末を着肉させて、前記副支持部材とともに素子をスリー
   ブに支持するための主支持部材を形成する工程とを備え
   た酸素センサの素子固定方法。
2. 【請求項２】 複数枚のシートを積層して構成した酸素
   濃度検出用の素子をスリーブ内に配置し、同素子をスリ
   ーブの内壁面から離間させた状態で多孔性の副支持部材
   により支持する工程と、 前記素子が支持されたスリーブ内に、粉末及び溶媒を混
   合して作成したスラリーを時間とともに徐々に流入する
   ことにより、副支持部材表面に皮膜を形成するととも
   に、スリーブ内の皮膜上の空間に前記スラリーを充填す
   る工程と、 前記スラリーの充填後、そのスラリーの流入方向とは反
   対方向から吸引することにより、皮膜及び副支持部材を
   介してスラリーから溶媒を濾し取り、同皮膜上に前記粉
   末を着肉させて、前記副支持部材とともに素子をスリー
   ブに支持するための主支持部材を形成する工程とを備え
   た酸素センサの素子固定方法。