JP2000314715A - Gas sensor and manufacture thereof - Google Patents
Gas sensor and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor represented by an oxygen sensor for an automobile and a method for manufacturing the same.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas sensor as described above, a rod-shaped or cylindrical detection element having a detection portion for detecting a component to be detected formed at a tip thereof, and a screw portion for mounting the sensor formed on an outer peripheral surface. The structure used in the metal shell is used. With this metal shell, the detection element is attached and held in a detection space such as an exhaust pipe or an exhaust manifold. Here, the rear end portion of the gas sensor in the mounted state is exposed to the outside of the exhaust pipe or the like, and depending on the mounting position of the sensor, the gas sensor may be exposed to splashes or splashes of oil. If this leaks to the detection unit side through the inner surface of the metal shell, various problems occur, such as the detection unit being contaminated or being damaged by a thermal shock applied to the high-temperature ceramic detection element. Therefore, the gap between the metal shell and the detection element is usually sealed with a seal filler.
【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６
００℃）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。[0003] The material of such a seal filler is such that the gas sensor may be used at a considerably high temperature (6 in some cases) during use.
(00 ° C.), which is conventionally inorganic,
As a typical example, a material mainly composed of talc (talc) has been used. In this case, the seal filler layer is formed by filling the gap between the metal shell and the detection element inserted therein with filler powder and compressing the powder filler layer in the gap in the axial direction. I have.
【０００４】[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。The talc used as the filling powder for the gas sensor has a high density when pressurized due to the use of fine powder having an average particle size of, for example, about 10 to 100 μm. In some cases, for example, satisfactory airtightness cannot always be ensured in a high-temperature environment in which the sensor is used.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas sensor having a seal filler layer which can ensure excellent sealing properties even in a high temperature environment while using a powder mainly composed of talc, and a method of manufacturing the same. .
【０００６】[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。Means for Solving the Problems and Actions / Effects In order to solve the above problems, the gas sensor of the present invention has a rod-like or cylindrical shape having a detection portion formed at the tip, and is used for measuring the amount of gas in the gas to be measured. A detection structure having a detection element for detecting a component to be detected, a metal shell disposed outside the detection structure, and a talc-based main body, and a gap between an inner surface of the metal shell and an outer surface of the detection structure. And a seal filler layer that seals the water glass with the water glass.
-7% by weight.
【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。 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。 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。The gas sensor of the present invention can be manufactured by the manufacturing method of the present invention including the following steps. Filling process: Placing the detection structure inside the metal shell,
A powder filling layer is formed by filling a gap between the two with a filler powder mainly containing talc and containing 2 to 7% by weight of water glass. Compressing step: In this state, the sealing material layer is formed by compressing the powder-filled layer in the axial direction of the metal shell.
【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。In the present invention, the detecting element may be arranged in the ceramic holder as required, and the detecting element may be arranged in the metal shell together with the ceramic holder. When the ceramic holder is not provided, the seal filler layer is filled in the gap between the inner surface of the metal shell and the outer surface of the detection element. In this case, the detection probe is regarded as a detection structure. On the other hand, when the ceramic holder is provided, the seal filler layer is filled in the gap between the inner surface of the metal shell and the outer surface of the ceramic holder. In this case, the assembly of the ceramic holder and the detection element is regarded as a detection structure.
【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。According to the present invention, the compressibility of the filler powder is remarkably improved by mixing water glass in the range of 2 to 7% by weight in the seal filler layer, and the sealing of the seal filler layer is improved. As a result, the airtightness between the metal shell and the detection structure can be sufficiently ensured even at a high temperature.
【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。Prior to the filling step, a forming step of forming the filler powder into a ring shape corresponding to the gap can be performed. In this case, in the filling step, a compact of the filler powder is arranged in the gap, and in the compacting step, the compact can be used as a powder-packed layer and compressed at a higher pressure than in the compacting step. According to this method, a predetermined amount of the raw material powder can be simply and reliably filled in the narrow gap between the detection structure and the metal shell, and the efficiency is improved.
【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＝Ｎ
ａ）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。Water glass is a concentrated aqueous solution of an alkali metal silicate (general formula: M 2 O.nSiO 2 , where M is an alkali metal element such as Na or K), and sodium silicate (M = N
The aqueous solution of a) is typical. An appropriate value is adopted for the water content of the solution in consideration of the ease of mixing with the filler powder. In this specification, the water glass in the filler powder or the seal filler layer has a water content ratio of 1: 1.
【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。 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。 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。When the amount of water glass in the filler powder or the seal filler layer is less than 2% by weight, the effect of improving the compressibility of the filler powder becomes insufficient, and the sealability of the seal filler layer at high temperatures is impaired. Leads to On the other hand, 7% by weight
Exceeding the range causes the fluidity of the filler powder to be impaired, resulting in the following problems during the production of the sensor, resulting in poor sealing and a reduction in the production yield of the sensor. Fill the gap between the metal shell and the detection structure directly with powder,
When the step of compressing the powder is adopted, the smooth flow of the powder into the gap is prevented. When the step of preforming the filler powder by a mold press and disposing the filler powder in the gap is adopted, smooth flow of the powder into the mold cavity is prevented. The content of the water glass is desirably 3 to 5% by weight.
【００１３】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to some embodiments shown in the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows the internal structure of an oxygen sensor as an embodiment of the gas sensor of the present invention. The oxygen sensor 1
Includes a detection element 2 which is a hollow shaft-shaped solid electrolyte member having a closed end, and a heating element 3. The detection element 2 has a tip portion serving as a detection portion 2k, and is made of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity mainly composed of ZrO 2 or the like. The detection element 2 forms a main part of a detection structure referred to in the claims, and a metal casing 10 is provided outside thereof.
【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。A casing 10 has a metal shell 9 having a threaded portion 9b for mounting the oxygen sensor 1 to a mounting portion such as an exhaust pipe, and an inner portion connected to one opening of the metal shell 9 so as to communicate with the inside. A cylindrical member 14 (main cylinder), a protector 11 attached to the metallic shell from the side opposite to the inner cylindrical member 14 and the like are provided. A pair of electrode layers made of, for example, Pt or a Pt alloy are provided on the inner surface and the outer surface of the detection element 2 so as to cover almost the entire surface thereof (neither is shown). In the description below, the side facing the closed front end in the axial direction of the detection element 2 is “front side (or front side)”, and the side facing the opposite direction is “rear side (or rear side)”. The description is made as follows.
【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。The metal shell 9 is provided outside the intermediate portion of the detection element 2, and a seal filler layer 8 is formed in a gap between the detection element 2 and the metal shell 9. Two ceramic rings, a first ceramic ring 6 on the detection unit 2k side and a second ceramic ring 7 on the opposite side, are disposed on both sides of the seal filler layer 8 in the axial direction. Thereby, the detection element 2 penetrates the metal shell 9 in a state of being electrically insulated.
【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。The seal filler layer 8 is compressed in the axial direction between the two ceramic rings 6 and 7, and serves to seal between the inner surface of the metal shell 9 and the outer surface of the detection element 2. Here, the seal filler layer 8 is made of an inorganic substance powder mainly composed of talc, and contains water glass in a range of 2 to 7% by weight (preferably 3 to 5% by weight).
【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。Returning to FIG. 1, the front end of the inner cylinder member 14 is inserted inside the rear end opening of the metal shell 9.
A caulking receiving portion 14a that protrudes outward in the circumferential direction is formed at the opening edge of the front end portion of the inner cylindrical member 14. A ring 15 is fitted between the caulking receiving portion 14a and the second ceramic ring 7, and the opening of the metal shell 9 is pressed inward toward the caulking receiving portion 14a via another ring 26. It is tightened.
【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１
８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。Next, an outer cylinder member 54 is fitted and fixed to the inner cylinder member 14 from the outside. The opening on the rear side of the outer cylinder member 54 is sealed with a grommet (elastic sealing member) 17 made of rubber (for example, silicon rubber), and a ceramic separator 18 is further provided further inward. I have. And these ceramic separators 1
The lead wires 20 and 21 for the detection element 2 and the lead wire (not shown) for the heating element 3 are arranged so as to penetrate the grommet 8 and the grommet 17. One lead wire 20 for the detection element 2 is connected to the above-described detection element 2 via a fixing bracket 23.
Is electrically connected to the inner electrode layer. On the other hand, the other lead wire 21 is electrically connected to an electrode layer outside the detection element 2 via another fitting 35. Detection element 2
Is activated by being heated by the heating element 3 arranged inside. The heating element 3 is a rod-shaped ceramic heater, and heats the detecting section 2k by energizing a heating section 42 having a resistance heating wire section (not shown) through a lead wire (not shown).
【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。At the rear end of the inner cylinder member 14, a gas introduction hole 52 is provided.
Are formed along the circumferential direction, and a filter 53 is provided outside the rear end portion so as to close the gas introduction hole 52. The outer cylinder member 54 covers the filter 53 from the outside, and has a plurality of auxiliary gas introduction holes 55 formed in the circumferential direction. The annular members formed on both sides of the row of the auxiliary gas introduction holes 55 are provided. Caulking parts 56, 57
Accordingly, the filter 53 is held between the inner cylindrical member 14 and the filter 53. On the other hand, at a position corresponding to the filter 53, a plurality of auxiliary gas introduction holes 55 are formed in the wall of the outer cylinder member 54 at predetermined intervals in the circumferential direction. This allows the filter 53 to pass through the auxiliary gas introduction hole 55.
Then, the atmosphere (outside air) as a reference gas is introduced into the inner cylinder member 14 (casing 10) from the gas introduction hole 52.
【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１０
２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。A cylindrical protector mounting portion 9a is formed in a front opening of the metal shell 9, and a cap-like portion is provided here so as to cover the distal end side (detecting portion) of the detecting element 2 with a predetermined space therebetween. Protector 11 (in this embodiment, inner protector 10
2 and the outer protector 101 have a double structure). The protector 11 is formed with a plurality of gas permeation ports 103 through which the exhaust gas passes.
【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。The oxygen sensor 1 is mounted on a mounting portion such as an exhaust pipe or an exhaust manifold at a screw portion 9b of the metal shell 9 (9d is a hexagonal portion for engaging a tool such as a wrench during the mounting operation). is there). In this state, while the atmosphere as the reference gas is introduced through the filter 53 of the outer cylinder member 54, the outside surface of the detection element 2, such as the exhaust gas introduced through the gas passage of the protector 11, is measured. The gas comes into contact, and an oxygen concentration cell electromotive force is generated in the detection element 2 in accordance with the difference in oxygen concentration between the inner and outer surfaces.
Then, the oxygen concentration in the gas to be measured can be detected by extracting the electromotive force of the oxygen concentration cell as a detection signal through the leads 21 and 20. On the other hand, the seal filler layer 8
By mixing water glass in the range of 2 to 7% by weight,
In the manufacturing process described later, the compressibility of the filler powder is improved, and as a result, the sealability of the seal filler layer 8 can be dramatically improved. This makes it possible to ensure good airtightness between the metal shell 9 and the detection element 2 at a high temperature.
【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。Hereinafter, a method of manufacturing the oxygen sensor 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, talc powder TP
, A specified amount of water glass WG and water W are blended and mixed to form a raw material powder LP. Here, the amount of water W is as important as the amount of water glass WG, which will be described in detail later.
【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。As the water glass, for example, an aqueous solution of sodium silicate or potassium silicate (or a mixture thereof) can be preferably used, and the silicate component is M 2 O.
Use nSiO 2 (M is Na or K).
The amount of water in the talc used is 0.5 to 3.5% by weight.
It is good to do. When the water content is less than 0.5% by weight,
The compressibility of the filler powder decreases. On the other hand, when the water content is 3.5
If the content is more than 10% by weight, the obtained filler powder may have an excessive amount of water and the fluidity may be impaired.
【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Ｇ
Ｐ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。Next, as shown in FIG. 3A, the raw material powder LP is granulated for improving the fluidity, and the granulated filler powder G
P. Various known methods can be used for the granulation method. For example, the raw material powder LP is compressed between a pair of rolls to form a plate-like molded product, and the plate-like molded product is crushed and then sized (for example, classification using a sieve). Then, a method for obtaining a granulated filler powder GP having a predetermined particle size can be exemplified.
【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。As shown in FIGS. 3B to 3D, the granulated filler powder GP is supplied to the cavity 103 of the mold 100.
(104 is a core for creating a void in the molded body)
Is filled using a box feeder 105 and the like, and compressed by punches 102 and 103 to form a compact PC of the filler powder.
【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。In the above-mentioned molding step, the filler powder is preferably compressed so that the obtained molded body PC has an apparent density of 2 to 2.4 g / cm 3 . If the apparent density of the molded body PC is less than 2 g / cm 3 , the strength of the molded body PC is insufficient, and a small impact may cause problems such as chipping or cracking of the molded body PC. On the other hand, when the apparent density exceeds 2.4 g / cm 3 , the molded body PC must be strongly compressed in the mold cavity 103, and for example, as shown in FIG. When the molded body PC is released from the mold 103 due to increased friction with the body PC, cracking or chipping may easily occur. The apparent density is more preferably 2.2.
Preferably adjusted to ~2.3g / cm 3.
【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。Then, the above molded body PC by a die press
It is desirable to adjust the amount of water in the filler powder to be press-molded in the mold in the range of 1.5 to 3.5% by weight. When the water content is less than 1.5% by weight, it may be difficult to secure the apparent density of the molded body PC to the value of 2 g / cm 3 or more. On the other hand, when the water content exceeds 3.5% by weight, the flowability of the filler powder deteriorates, and the smooth supply of the filler powder to the mold cavity may be hindered.
【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。The following is an explanation of the sensor assembly process.
As shown in FIG. 5, an annular metal shell-side engaging projection 9e is formed on the inner surface of the metal shell 9 along the inner peripheral surface. On the other hand, the detection element 2 has an annular element-side engagement projection 2a formed along the outer peripheral surface thereof. In this embodiment,
The front end side of the through hole 9f of the metal shell 9 is reduced in diameter by a step, and this step functions as a metal shell side engaging projection 9e. On the other hand, the element-side engagement projection 2a is formed at an intermediate position in the axial direction of the detection element 2.
【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。Then, the first ceramic ring 6 is inserted into the metal shell 9 as described above to a position where the first ceramic ring 6 comes into contact with the metal shell-side engaging projection 9 e, and then the detection element 2 is inserted into the metal shell 9.
The detection element side engagement protrusion 2 a is inserted to a position where it contacts the first ceramic ring 6. In this state, a filling step is performed by filling the filler powder into the gap between the metal shell 9 and the detection element 9 from the side opposite to the first ceramic ring 6 with respect to the detection element-side engaging projection 2a. In FIG. 5, the filler powder is inserted into the gap in the form of the above-described compact PC to form a powder-packed layer. Then, the second ceramic ring 7 is arranged in the gap from the side opposite to the first ceramic ring 6 with respect to the molded body PC (powder filled layer). In this embodiment, the plate packing 27 is arranged between the first ceramic ring 6 and the metal shell side engaging projection 9e, and the above-mentioned ring 15 is arranged behind the second ceramic ring 7. .
【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。Next, the compacting step is performed by compressing the compact PC (powder packed layer) between the first ceramic ring 6 and the second ceramic ring 7 in the axial direction. In this method, since the powder-filled layer is sandwiched between the two ceramic rings 6, 7, a compressive force can be uniformly applied to the powder-filled layer, and the sealing property of the formed seal-filler layer can be improved. Can be further improved.
【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。For example, as shown in FIG. 6, the inner cylindrical member 14 (main cylinder) that covers the rear end of the detection element 2 from the side opposite to the molded body PC (powder packed layer) with respect to the second ceramic ring 6. The tip is inserted inside the rear end opening of the metal shell 9. Next, as shown in FIG. 7, the second ceramic ring 7 is relatively approached toward the first ceramic ring 6 through the above-described crimping receiving portion 14a of the inner cylindrical member 14, thereby forming a molded body. The PC is compressed between the ceramic rings 6,7. This compression force is set higher than the compression force when manufacturing the molded body PC. As a result, the molded body PC becomes the seal filler layer 8 as shown in FIG. Then, the rear end opening of the metal shell 9 is bent inward by compressing the rear end opening of the metal shell 9 in the axial direction, and is swaged toward the swage receiving portion 14a to form the swaged portion 9c. Due to the formation of the caulking portion 9c, the seal filler layer 8 maintains the compressed state between the ceramic rings 6 and 7, and continuously exhibits good sealing performance.
【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。More specifically, in FIG. 7, the tip of the detecting element 2 is inserted into the set hole 110a of the caulking base 110, and a flange-shaped gasket seat 9g formed on the metal shell 9 is provided on the periphery of the opening. Let them support you. Next, the metal shell 9 is energized to cause resistance heating of the constricted thin portion 9h formed between the hexagonal portion 9d and the gasket seat 9g.
In this case, when the material of the metal shell 9 is ferritic stainless steel, the temperature of the heat generation is approximately 700 to 1100 ° C.
(For example, 900 ° C.).
【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。In this state, the caulking punch 111 is made to approach the rear end face of the metal shell 9, and the thin opening 9h is buckled while the rear opening of the metal shell 9 is caulked toward the caulking receiving portion 14a. . In this embodiment, the crimping ring 26 is arranged between the crimping receiving portion 14a and the crimping portion 9c in order to reliably apply the crimping force. At this time, with the inward deformation of the rear end opening of the metal shell 9 due to the formation of the caulked portion 9c and the buckling deformation of the thin portion 9h, the caulked receiving portion 14a is interposed through the ring 15 Ring 7
Is pressed toward the first ceramic ring 6 to compress the compact PC (powder packed layer). That is, crimping of the metal shell 9 and compression of the powder-filled layer are performed simultaneously. However, after the inner cylinder member 14 (main cylinder) is urged toward the second ceramic ring 7 to bring the powder packed layer into a compressed state, the metal shell 9
Alternatively, the caulking portion 9c may be formed.
【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。In the above-mentioned compression step, the amount of water in the powder-packed layer to be compressed (in this case, the compact PC) is 0.5 to 0.5%.
It is good to be 3.5% by weight. When the water content is less than 0.5% by weight, the compressibility of the powder is impaired, and the sealing force of the obtained seal filler layer 8 may be insufficient. On the other hand, when the water content exceeds 3.5% by weight, as shown in FIG. 8B, cracks and cracks are formed in peripheral members of the seal filler layer 8, for example, the ceramic rings 6 and 7 during the compression step. May easily occur. This is presumed to be due to the fact that the compression of the powder proceeds excessively in the initial stage of compression, and that the pressure is applied directly to the ceramic rings 6, 7 and the like without being used for the compression of the powder layer. In addition, the powder-filled layer may be between the ceramic rings 6 and 7 and the detecting element 2, for example.
There is also a case where a problem of leaking into a gap or the like formed between the peripheral members occurs.
【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。When the compact PC is used, the amount of water in the filler powder is set to 1.5 to
It is desirable to adjust to 3.5% by weight. When the water content is employed, the water content of the molded body PC immediately after molding is also generally in the range of 1.5 to 3.5% by weight. Since this belongs to the range of the desired amount of water in the powder packed bed in the subsequent compression step, no problem occurs. Conversely, when considered in reverse, the desirable amount of moisture in the powder-packed layer is wider on the lower moisture side than the desirable range at the time of molding, so that moisture in the compact PC evaporates before the compression step is performed. Even if the water content is reduced by 0.5% or more, the compression step can be performed without any problem if a water content of 0.5% by weight or more remains. As shown in FIG. 4, the compression step may be performed after the molded body PC is heated with a heater and forcedly dried within a range in which the residual moisture amount does not become 0.5% by weight or less.
【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。The filler powder is, as shown in FIG.
The gap between the detection element 2 and the metal shell 9 may be directly filled without performing the preforming. In this case, since molding is not performed, the amount of water in the filler powder is adjusted to 1.5 suitable for molding.
It is not necessary to increase the amount to not less than weight%, and the adjustment can be performed in a wide range from 0.5 to 3.5 weight% from the beginning. In FIG. 9, the first ceramic ring 9 and the detection element 2 are set in the metal shell 9 in advance, and a cylindrical jig 120 is attached to the rear end opening of the metal shell 9 in this state. Thus, the above-mentioned granulated filler powder GP is poured above the first ceramic ring 9.
Then, as shown in FIG. 10, if the second ceramic ring 7, the ring 15 and the inner cylinder member 14 are set on the layer of the granulated filler powder GP, the following steps similar to those in FIG. 7 can be adopted.
【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。As shown in FIG. 8A, assembling of the detection element 2 to the metal shell 9 is completed, and furthermore, the protector 100 and the lead wire are attached, and the oxygen sensor 1 shown in FIG. Complete.
【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２０
４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。Embodiment 2 FIG. 13 shows an oxygen sensor 200 according to another embodiment of the gas sensor of the present invention. In the oxygen sensor 200, the ceramic holder 20
4, the detection element 202 is arranged,
In the metal shell 203 together with the ceramic holder 204
Is located within. It is inserted through the insertion hole 230 of the ceramic holder 204 disposed inside the metal shell 203,
A metallic shell 203 fixed to the exhaust pipe with the detecting portion D at the tip end
Is fixed in the ceramic holder 4 in a state protruding from the tip of the ceramic holder 4. One end of the ceramic holder 204 communicates with the rear end of the insertion hole 230 in the axial direction, and the other end is open to the rear end face of the ceramic holder 204 and has a shaft section 231 whose axial cross section is larger in diameter than the insertion hole 230. Are formed. The inner surface of the cavity 231 and the outer surface of the ceramic element 202 are sealed by a sealing material layer 232 mainly composed of glass. On the other hand, at both ends of the sealing material layer 232 in the axial direction of the ceramic element 202, a buffer layer 233 mainly composed of clay or the like is provided so as to fill a space between the outer surface of the ceramic element 202 and the inner surface of the cavity 231. 234 are formed respectively.
【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。Ceramic holder 204 and metal shell 203
A seal filler layer 236 and a caulking ring 237 made of the same material as in the first embodiment are fitted adjacent to each other in the axial direction, and the outer peripheral portion on the rear end side of the metal shell 203 is caulked via the caulking ring 237. By crimping to the insulator 204 side, the insulator 204 and the metal shell 203 are fixed. Further, double metal protect covers 206a and 206b covering the protruding portion of the ceramic element 202 are fixed to the outer periphery of the distal end of the metallic shell 203 by laser welding or resistance welding (for example, spot welding). Note that the ceramic holder 204 and the detection element 202 form a detection structure.
【００４０】[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。EXAMPLES The following experiments were conducted to confirm the effects of the present invention. First, PS manufactured by Matsumura Sangyo Co., Ltd. was prepared as talc powder. The average particle size measured by a laser diffraction particle size analyzer was 20 μm. FIG. 11 shows an analysis result of the talc powder by X-ray diffraction. In addition to talc, trace impurities shown in the figure were detected, but the total content was less than 2% by weight. On the other hand, as water glass, the composition Na 2 O · 2SiO 2 · XH 2 O,
% By weight was prepared and added to and mixed with the talc powder at various ratios. Further, an appropriate amount of water was added to the raw material powder to adjust the content of water to 2.5% by weight. The obtained mixed powder was rolled to a thickness of 1.
It was formed into a 5 mm plate, pulverized by a speed mill or the like, further sized by a sieve to 200 to 1000 μm, and granulated with an average particle size of 500 μm to produce a granulated filler powder.
【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６
ｍｍ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。Then, the granulated filler powder was mixed with the powder of FIG.
Molding was performed by a die press in the manner already described with reference to (b) to (d). However, the inner diameter d of the cavity 101
Is 7.5 mm, outer diameter D is 11.5 mm, and filling depth h is 6
mm, and the molding pressure was set to 30 kgf / mm 2 .
The molding was performed 10 times for each powder having each water glass content, the average value and the standard deviation were calculated by measuring the weight of each obtained molded body, and the releasability was evaluated based on the presence or absence of cracks in the molded product. did. Table 1 shows the above results.
【００４２】[0042]
【表１】 [Table 1]
【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。When the water glass content exceeds 7% by weight, it is found that the releasability is deteriorated and the weight variation of the molded body is increased. This is considered to be due to the fact that the fluidity of the granulated filler powder deteriorates and the amount of the filled powder becomes unstable.
【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／ｍ
ｍ２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。Next, a granulated filler powder was prepared in which the water content was changed in the range of 0.3 to 3.7% by weight for each water glass content, and the same experiment was carried out. Here, the average apparent density is calculated from the size and weight of the molded body. On the other hand, the sensor 1 shown in FIG. 1 was manufactured using each molded body. The crimping pressure in the compression step is 4 ton.
And the estimated value of the pressure applied to the compact is 50 kgf / m
a m 2. The obtained sensor 1 was evaluated for the heat-resistant sealing property of the formed sealing filler layer 8 to the metal shell 9 and the detecting element 2 by the method of measuring the amount of leaking heat and airtight described below. Specifically, as shown in FIG. 12, a screw hole 302 for mounting a sensor is formed in a wall portion of the heater block 301, and a detecting unit 2k is located in a pressurizing chamber 303 of the heater block 301 following the screw hole 302. So that the sensor 1 of FIG. 1 is attached. Then, while heating the detecting section 2k to 500 ° C. by the heater 304 embedded in the heater block 301, a pressure gas is supplied into the pressurizing chamber to apply a pressure of 0.5 kgf / cm 2 , and the metal shell 9 The flow rate of gas leaking through the seal filler layer 8 from the detector 2k side is measured from the leak flow rate through hole 9d formed in the hexagonal portion of the above.
【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／ｍｍ
２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Further, the sensor is covered with resin and cut vertically,
By observing the cross section with a magnifying glass, cracks occur in the ceramic rings 6 and 7 adjacent to the seal filler layer 8 or leakage of the filler powder into the gap between the ceramic rings 6 and 7 and the detection element 2. It was confirmed whether or not there was any trouble, such as taking out. Further, the seal filler layer 8 obtained by compression
Molding pressure was set to 50 kgf / mm
The mold press molding set to 2 was performed, and the apparent density of the obtained molded body was measured. Table 2 shows the above results.
【００４６】[0046]
【表２】 [Table 2]
【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。When the water glass content is reduced to 1% by weight (No. 19), the heat-resistant sealability of the seal filler layer 8 is impaired, and the density of the compact at the time of pressing at 50 kgf / mm 2 is not so increased. I understand. On the other hand, if the water content exceeds 3.5% by weight, the weight of the compact tends to vary, and cracks may occur in the ceramic rings 6, 7 and leakage of the filler powder may easily occur. became. Further, it can be seen that when the water content is 0.3% by weight, the heat sealing property of the seal filler layer 8 tends to be impaired when the amount of water glass is reduced.
【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。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an oxygen sensor as an example of a gas sensor of the present invention.
【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。FIG. 2 is an explanatory diagram of a preparation process of a filler powder used in the oxygen sensor of FIG.
【図３】充填材粉末の造粒工程及び成形工程の説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a granulating step and a forming step of a filler powder.
【図４】成形体を加熱して水分量を調整する方法の説明
図。FIG. 4 is an explanatory view of a method of adjusting a water content by heating a molded body.
【図５】センサの組立工程説明図。FIG. 5 is an explanatory view of a sensor assembling process.
【図６】図５に続く説明図。FIG. 6 is an explanatory view following FIG. 5;
【図７】図６に続く説明図。FIG. 7 is an explanatory view following FIG. 6;
【図８】図７に続く説明図。FIG. 8 is an explanatory view following FIG. 7;
【図９】センサの組立工程の別の例を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory view showing another example of a sensor assembling process.
【図１０】図９に続く説明図。FIG. 10 is an explanatory view following FIG. 9;
【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。FIG. 11 is a view showing an analysis result by X-ray diffraction of talc powder used in the experiment.
【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。FIG. 12 is a partial cross-sectional view illustrating a method for evaluating heat resistance sealability.
【図１３】本発明のガスセンサの別実施例を示す縦断面
図。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the gas sensor of the present invention.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor (gas sensor) 2 Detection element 2a Element side engagement convex part 6 First ceramic ring 7 Second ceramic ring 8 Seal filler layer 9 Metal shell 9e Metal shell side engagement convex part 14 Inner cylinder member (main cylinder) 14a Caulking receiving part GP Granulated filler powder (filler powder) PC compact 100 Mold
Claims (8)
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。1. A detection structure having a rod-like or cylindrical shape having a detection portion formed at a tip end thereof, comprising a detection element for detecting a component to be detected in a gas to be measured, and the detection structure And a seal filler layer mainly composed of talc, which is filled in a gap between an inner surface of the metal shell and an outer surface of the detection structure to seal the gap. A gas sensor, wherein the filler layer contains water glass in a range of 2 to 7% by weight.
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。2. The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, wherein the detection structure is disposed inside the metal shell, and a gap between the two contains 2 to 7% by weight of water glass mainly composed of talc. A filling step of forming a powder-filled layer by filling the filler powder, and a compressing step of forming the seal filler layer by compressing the powder-filled layer in the axial direction of the metal shell in that state. A method for manufacturing a gas sensor, comprising:
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。3. The method of manufacturing a gas sensor according to claim 2, wherein in the compression step, the amount of water in the powder packed layer to be compressed is adjusted to 0.5 to 3.5% by weight.
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。4. A molding step of molding the filler powder into a ring shape corresponding to the gap prior to the filling step, wherein a molding of the filler powder is arranged in the gap in the filling step. 4. The method of manufacturing a gas sensor according to claim 3, wherein in the compression step, the compact is used as a powder-packed layer and compressed at a higher pressure than in the compaction step.
は、得られる成形体の見かけ密度が２〜２．４ｇ／ｃｍ
３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。5. In the molding step, the filler powder has an apparent density of a molded body of 2 to 2.4 g / cm.
The method for manufacturing a gas sensor according to claim 4, wherein the gas sensor is compressed to be 3 .
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。6. In the molding step, the filler powder is subjected to die press molding, and the moisture content of the filler powder to be subjected to the die press molding falls within a range of 1.5 to 3.5% by weight. The method for manufacturing a gas sensor according to claim 5, wherein the method is adjusted by adjusting.
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。7. An annular metal shell-side engaging convex portion is formed along the inner peripheral surface of the metal shell, while an annular element-side engaging convex portion is formed along the outer peripheral surface of the detection structure. The first ceramic ring is inserted into the metal shell to a position where the first ceramic ring contacts the metal shell-side engaging protrusion, and then the detection structure is inserted into the metal shell, and the element-side engaging protrusion is the first ceramic ring. Inserted to the position where it hits the ring, and in that state, the filler powder is filled into the gap between the metal shell and the detection structure from the side opposite to the first ceramic ring with respect to the element-side engaging projection. Performing the filling step, disposing a second ceramic ring in the gap from a side opposite to the first ceramic ring with respect to the formed powder filling layer, and then, the first ceramic ring and the second ceramic ring Method for producing a gas sensor according to any one of claims 2 to 6 the powder filling layer between grayed compresses axially to implement the compression step.
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。8. The front end of the main cylinder is inserted inside the rear end opening of the metallic shell from the side opposite to the powder-filled layer with respect to the second ceramic ring, and is inserted along the periphery of the front end of the main cylinder. The powder-filled layer is placed between the ceramic rings by relatively approaching the second ceramic ring toward the first ceramic ring via a caulked receiving portion formed in a form protruding in the direction. The seal is formed by compressing the metal shell into the seal filler layer, and compressing the rear end opening of the metal shell in the axial direction and inwardly bending the metal shell toward the crimp receiving portion, thereby forming the seal. The method for manufacturing a gas sensor according to claim 7, wherein the compressed state of the filler layer is maintained.
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