ガスセンサ

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【発明の名称】	ガスセンサ
【発明者】	【氏名】松尾康司【氏名】石川聡
【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２０２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２０２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。

【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。

【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２０２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２１４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２００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２０４ａ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２０６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２０２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２０２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２０２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２２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１２，１４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，２１８ｂ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１６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、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２０２（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２０２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２０２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２４，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７２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７４ａ，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７２及び円柱部７４ａ，７４ｂの下端面と、円柱部７４ａ，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８２，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２０２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１０４では、図中上方に向かって、円柱部１０４ａ，１０４ｂ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１００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１０２及び円柱部１０４ａ，１０４ｂの上端面と、円柱部１０４ａ，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９０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２０２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２０８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８，６０，７０，８０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８，６０，７０，８０及びセラミックホルダ６，９０，１００，１１０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ＳＵＳ３１０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１６２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１６６ａ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１８６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１８６と可動金型１８８との境界線に沿ってランナー１９２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１９４が設けられている。ここで、この金属射出成形機１５０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１７２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。

【出願人】	【識別番号】０００００４５４７【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
【出願日】	平成１２年８月３１日（２０００．８．３１）
【代理人】	【識別番号】１０００８２５００【弁理士】【氏名又は名称】足立勉（外１名）
【公開番号】	特開２００２－７１６２６（Ｐ２００２－７１６２６Ａ）
【公開日】	平成１４年３月１２日（２００２．３．１２）
【出願番号】	特願２０００－２６３１９４（Ｐ２０００－２６３１９４）