JP4173465B2 - センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象物に向けられる先端側に検出部が形成され、後端側に電極端子部が形成される板型検出素子と、軸線方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔に挿通された板型検出素子を保持する主体金具と、を備えるセンサの製造方法に関する。

従来より、センサの１種として、筒型形状の検出素子（以下、筒型検出素子ともいう）を主体金具の内側に保持させた構造の酸素センサが知られている。このような酸素センサは、筒型形状の検出素子として、軸線方向における略中央に径方向外側に向かって突出して後端側に対向する鍔部（フランジ部）が一体成形された筒型検出素子を備える構成のものがある。この筒型検出素子は、主体金具の貫通孔内面から径方向内側に向かって突出する棚部に対して、自身の鍔部（フランジ部）を直接または他部材（パッキンなど）を介して係合させることで、主体金具の内部に配置される。

一方、近年、酸素センサとして、筒型形状の検出素子に代わり、板型形状（積層型）の検出素子（以下、板型検出素子ともいう）を用いたものが提案されている。このような板型形状の検出素子は、主体金具の棚部に保持させるための鍔部（フランジ部）が一体成形されていないため、主体金具の棚部に係合させるための係合面が形成された筒状の絶縁碍子を用いることで、板型検出素子を主体金具に保持させている。つまり、絶縁碍子と板型検出素子とを一体に固定すると共に、この絶縁碍子の係合面をフランジ部として主体金具の棚部に係合させることで、板型形状の検出素子を主体金具に保持させている（特許文献１参照）。

なお、このような絶縁碍子をフランジ部として用いることで、筒型検出素子に対応するように設計された主体金具に対して、板型検出素子を組み付けることが可能となるため、筒型検出素子を備えるセンサと、板型検出素子を備えるセンサとの間で、主体金具を共通部品として利用することができる。このような部品の共通化により、センサにおける部品コストの低減を図ることができる。

他方、板型形状の検出素子を用いた酸素センサとして、板型検出素子の径方向周囲に絶縁ホルダ、粉末充填材、絶縁スリーブが積層される構成のものがある。このセンサの製造工程においては、絶縁ホルダおよび粉末充填材を主体金具の内部に配置した後、絶縁スリーブが組み付けられた状態の板型検出素子を粉末充填材および絶縁ホルダの素子挿通孔に挿通することで、板型検出素子と主体金具との組付け作業を行う。この後、粉末充填材に圧力を加えることで、粉末充填材の圧縮応力によって板型検出素子を主体金具に保持させることで、板型検出素子と主体金具とを一体に組み付けている（特許文献２参照）。
特開２００２−１７４６２２号公報（図１、図３） 特開２００２−１６８８２３号公報（図１）

しかし、上記の特許文献１に示された従来の酸素センサは、絶縁碍子と検出素子とをガラス封止材により固定させる構造であり、ガラス溶着のために高温熱処理が必要となる。とりわけ、高温熱処理は、急激な温度変化に伴う検出素子の割れ（破損）が発生する虞があり、このような検出素子の破損を防止するために、昇温スピードを緩慢にして熱処理にかける時間を長く設定する必要がある。しかし、センサの製造工程において、高温熱処理の処理時間が長くなると、センサの製造効率が低下するという問題が生じる。

一方、上記の特許文献２に示された従来の酸素センサでは、ガラス封止材に代えて粉末充填材（粉体物が固められたリング状部材（以下、粉体リングともいう））を用いることから、ガラス溶着のための熱処理工程が不要となるため、高温熱処理時間の長期化に伴うセンサ製造効率の低下を避けることができる。

そして、粉末充填材（粉体リング）は、例えば、中心部分に素子挿通孔を有する環状形状に形成することができ、素子挿通孔の開口面積を板型検出素子の断面形状よりもわずかに大きく形成することで、板型検出素子を挿通できるよう構成することができる。

しかし、そのような形状の素子挿通孔を有する粉末充填材（粉体リング）を用いるセンサにおいては、主体金具の貫通孔に粉体リングを配置した後に、粉体リングの素子挿通孔に板型検出素子を挿通しつつ板型検出素子と主体金具とを組み付けるという手順で組み付け作業を行う場合、組み付け作業が煩雑となる問題が生じる。つまり、板型検出素子を素子挿通孔に挿通する際には、板型検出素子の回転方向位置（軸線方向を回転軸とする回転方向位置）を、素子挿通孔に挿通可能な所定方向に定める必要がある。とりわけ、貫通孔の深い位置に粉体リングが配置される構造の主体金具を用いる場合には、粉体リングの素子挿通孔の方向が判別し難くなるため、板型検出素子と主体金具との組み付け作業が煩雑となる問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ガラス封止材を用いることなく、主体金具の棚部に係合するフランジ部（係り止め係合部）を板型検出素子に形成すると共に、主体金具への板型検出素子の組付け作業が容易となるセンサの製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明方法は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象物に向けられる先端側に検出部が形成され、後端側に電極端子部が形成される板型検出素子と、板型検出素子を取り囲む形態で一体に組み付けられるフランジ部と、板型検出素子を挿通するために軸線方向に貫通する貫通孔を有し、フランジ部に係合するように貫通孔の内周面から径方向内向きに突出して形成される棚部を有する主体金具と、を備えるセンサの製造方法であって、フランジ部は、粉体物が固められて環状形状をなす粉体リングを少なくとも備える形態で板型検出素子に一体に組み付けられるものであり、板型検出素子を粉体リングに挿通する前の状態において、軸線方向に垂直な面における板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい素子挿通孔を有する当該粉体リングの素子挿通孔に対して、板型検出素子を挿通すると共に、板型検出素子の軸線方向における粉体リングの位置決めを行う第１工程と、粉体リングに対して軸線方向に圧縮する圧縮用圧力を印加し、素子挿通孔の開口断面積が縮小するよう粉体リングを圧縮変形させて、板型検出素子に対して粉体リングを少なくとも含むフランジ部を一体に組み付ける第２工程と、板型検出素子を主体金具の貫通孔の内部に配置する際に、フランジ部を直接または軸線方向に延びる中心軸を回転中心として板型検出素子を回転可能な大きさの中空部を有する中間部材を介して棚部に係合させて、貫通孔の内部での板型検出素子の軸線方向における位置決めを行う第３工程と、を有することを特徴とするセンサの製造方法である。

このセンサの製造方法では、まず、第１工程にて、粉体リングの素子挿通孔に対して板型検出素子を挿通すると共に、板型検出素子の軸線方向に対し粉末リングの位置決めを行う。

そして、次の第２工程において、圧力印加により素子挿通孔の断面積が縮小するよう粉体リングを圧縮変形させて、板型検出素子に対して粉体リングを少なくとも含むフランジ部を一体に組み付けている。これにより、粉体リングを含むフランジ部は、板型検出素子から軸線方向に対する垂直方向（径方向外向き）に突出した状態で、検出素子に一体に組み付けられ、主体金具の棚部に係合可能に備えられる。

そして、第３工程において、板型検出素子を主体金具の貫通孔に配置する際に、フランジ部を直接または中間部材を介して棚部に係合させて、フランジ部を係り止め係合部として用いることで、主体金具の内部での板型検出素子の軸線方向における位置決めを行う。このようにして、主体金具における板型検出素子の位置決めを行うことから、ガラス封止材が不要となるため、高温熱処理作業に伴うセンサ製造効率の低下を防ぐことができる。

また、本発明の製造方法によれば、フランジ部と板型検出素子との組み付け作業を、板型検出素子と主体金具との組み付け作業と同時に行うのではなく、板型検出素子と主体金具との組み付け作業時期よりも早い時期に実行している。

このため、板型検出素子の回転方向位置を所定方向に定める必要が無くなり、板型検出素子の回転方向位置を所定方向に定める手間を省略できることから、主体金具に対する板型検出素子の組み付け作業の煩雑さを軽減することができる。

さらに、粉体リングを少なくとも含むフランジ部が一体に組み付けられた板型検出素子は、主体金具に組み付けるにあたり、フランジ部と棚部とを係合させることで、軸線方向における主体金具と板型検出素子との相対位置を一定に定めることができる。このため、板型検出素子におけるフランジ部（粉体リング）の組付け位置を、主体金具における棚部の位置を考慮して予め設定することで、主体金具に対する板型検出素子の相対位置を一定位置に定めることができ、主体金具に対する板型検出素子の位置決め作業（軸線方向における位置決め作業）が容易となる。

また、中間部材は、中空部を有しており、中空部は、軸線方向に延びる中心軸を回転中心として板型検出素子を回転可能な大きさに形成されている。このため、中間部材が板型検出素子の回転方向位置を制限することはない。なお、中間部材は、例えば、パッキンなどで構成することができる。

そして、中間部材を用いる場合には、板型検出素子を中間部材の中空部に挿通して、フランジ部を中間部材を介して主体金具の棚部に間接的に当接させることになる。なお、中間部材をパッキンで構成する場合には、板型検出素子と主体金具との間の気密性の向上を図ることができる。

次に、上記のセンサの製造方法においては、請求項２に記載のように、フランジ部は、粉体リングの側面を覆う筒状の保護カバーを備えて構成され、第１工程において、板型検出素子を粉体リングの素子挿通孔に挿通するにあたり、保護カバーを粉体リングの側面を覆う位置に配置し、第２工程において、粉体リングに圧力を印加するにあたり、素子挿通孔の断面積を縮小させると共に、粉体リングと保護カバーとの隙間を無くすよう粉体リングを圧縮変形させて、粉体リングおよび保護カバーを含むフランジ部を板型検出素子に一体に組み付けるとよい。

つまり、粉体リングに加えて、保護カバーを板型検出素子に一体に組み付けることで、粉体リングおよび保護カバーを含むフランジ部を板型検出素子の係り止め係止部として備えるのである。このように、粉体リングおよび保護カバーを含むフランジ部からなる係り止め係止部は、粉体リング単体で構成される係り止め係止部に比べて、強度の向上を図ることができ、センサの製造工程での割れや欠けなどの破損を防止できる。

また、この製造方法においては、保護カバーが粉体リングの側面を覆う（包囲する）状態で配置されることから、第２工程において粉体リングを圧縮変形させる際に、粉体リングの側面を包囲する治具が不要となるため、センサの製造装置（製造設備）の簡略化を図ることができる。

そして、保護カバーを用いるセンサの製造方法においては、請求項３に記載のように、フランジ部は、粉体リングの先端側に環状形状の絶縁材料からなる絶縁ホルダを備え、保護カバーは、金属材料で形成されており、粉体リングの側面および絶縁ホルダの側面を覆う筒状形状に形成される側面部と、絶縁ホルダの先端側表面に当接する底面部と、を備え、絶縁ホルダは、軸線方向に垂直な面における板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口挿通部を有し、保護カバーの底面部は、軸線方向に垂直な面における板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口部を有し、第１工程において、底面部が絶縁ホルダの先端側に配置されるように粉体リングおよび絶縁ホルダを保護カバーで覆い、底面部の開口部、絶縁ホルダの開口挿通部、粉体リングの素子挿通孔に対して、板型検出素子を挿通し、第２工程において、圧縮用圧力を印加することにより、粉体リングを圧縮変形させると共に、粉体リング、絶縁ホルダおよび保護カバーを含むフランジ部を板型検出素子に一体に組み付けるとよい。

このように底面部を有する保護カバーは、粉体リングの圧縮変形により板型検出素子に一体に組み付けられると共に、底面部により絶縁ホルダを自身の内部に保持することができる。これにより、フランジ部が一体に組み付けられた板型検出素子を把持するにあたり、先端部を上下左右のいずれの方向に設定する場合であっても、絶縁ホルダが板型検出素子から脱落するのを防止することができる。

これにより、センサの製造工程において、フランジ部が組み付けられた後の板型検出素子を把持する際に、把持方向の制約をなくすことができ、製造工程における煩雑さを軽減することができる。

また、保護カバーの底面部は、絶縁ホルダと主体金具の棚部との間に隙間が生じるのを防止するパッキンとして備えることも可能であり、パッキンとして機能させることで、センサにおける板型検出素子と主体金具との間の気密性を向上することができる。

なお、保護カバーを構成する金属材料としては、弾性変形可能で、高温環境下での使用に耐えられる特性を有する金属材料を用いることが望ましい。また、絶縁ホルダは、粉体リングを構成する粉状物が主体金具の貫通孔から外部にこぼれ落ちるのを防ぐために備えられている。

そして、底面部を有する保護カバーを用いる場合には、請求項４に記載のように、主体金具に形成される棚部は、後端側向き拡径状のテーパ面として形成され、絶縁ホルダの先端側表面には、先端側向き縮径状のテーパ面が少なくとも形成され、保護カバーの底面部は、粉体リングおよび絶縁ホルダを覆う前の段階では、絶縁ホルダのテーパ面とは異なる角度に形成されており、第２工程において、圧縮用圧力を印加することにより、粉体リングを圧縮変形させると共に、保護カバーの底面部を絶縁ホルダのテーパ面と略同一角度に変形させて、フランジ部を板型検出素子に一体に組み付けるとよい。

このセンサの製造方法においては、保護カバーの底面部のテーパ角度を、保護カバーを板型検出素子に一体に組み付ける前段階から絶縁ホルダの先端側表面におけるテーパ面と略同一角度に設定するのではなく、第２工程において、粉体リングを圧縮変形させると共に、保護カバーの底面部を絶縁ホルダの先端側表面のテーパ面と略同一角度に変形させている。

このように、圧力印加前における保護カバーの底面部におけるテーパ面のテーパ角度（開き角）を絶縁ホルダの先端側表面のテーパ角度（開き角）と異なる角度に設定することで、絶縁ホルダの先端側表面におけるテーパ面のテーパ角度が較差範囲内で誤差を生じている場合にも、圧力印加時に保護カバーの底面部の内周面を良好に絶縁ホルダの先端側表面におけるテーパ面に沿わせることができる。

よって、本発明方法によれば、絶縁ホルダの先端側表面におけるテーパ面のテーパ角度に寸法誤差が生じている場合であっても、保護カバーの底面部を適切に絶縁ホルダに当接させることができ、センサの製造工程において、センサを構成する部材の寸法誤差による悪影響を抑えることができる。

ところで、粉体リング、絶縁ホルダおよび保護カバーを含むフランジ部が一体に組み立てられた板型検出素子が主体金具の内側に配置された後、主体金具の棚部に係合された状態のフランジ部に対し先端側に向けて圧力が印加された場合（例えば、主体金具の後端側を加締めてフランジ部を先端側に向けて押圧させた場合）、保護カバーの底面部と側面部との接続部分近傍が内向きに膨らむように変形することがある。すると、この膨らみ変形部分が絶縁ホルダに対して不適切な圧力を加えて、絶縁ホルダを破損させる虞がある。

そこで、上記のセンサの製造方法においては、請求項５に記載のように、絶縁ホルダは、第２工程を実行して保護カバーの内部に配置された際に、保護カバーにおける底面部と側面部との接続部分の内面との間に、環状の隙間を生じさせる形状に予め形成されるとよい。

つまり、このような形状の絶縁ホルダを用いることで、保護カバーにおける底面部と側面部との接続部分近傍が内向きに膨らんだ場合であっても、膨らみ部分が絶縁ホルダに接触するのを防止でき、絶縁ホルダの破損を防止することができる。

このような形状の絶縁ホルダとしては、以下の２つの形状を例示することができる。
まず、第１に、主体金具に形成される棚部が後端側向き拡径状のテーパ面として形成される場合に、保護カバーの底面部に当接する先端側向き縮径状のテーパ面（以下、第１テーパ面ともいう）を絶縁ホルダの先端側側面に設け、さらにこの第１テーパ面の後端に連なるようにして先端側向き縮径状のテーパ面（以下、第２テーパ面ともいう）を絶縁ホルダの先端側側面に設けるようにして、絶縁ホルダを形成することができる。このとき、第１テーパ面の開き角を主体金具の棚部の開き角と略等しくし、第２テーパ面のテーパ角度を、第１テーパ面の開き角よりも小さい角度に調整するものとする。これにより、板型検出素子にフランジ部を組み付けた後に、保護カバーにおける底面部と側面部との接続部分の内面と、絶縁ホルダの第２テーパ面との間に環状の隙間を生じさせることができる。

また、他の絶縁ホルダの形状として、主体金具に形成される棚部が後端側向き拡径状のテーパ面として形成される場合に、絶縁ホルダの先端側側面に単一の先端側向き縮径状のテーパ面を設けるものが挙げられる。このとき、絶縁ホルダの上記テーパ面の開き角を主体金具の棚部の開き角よりも小さい角度に調整するものとする。この場合にも、板型検出素子にフランジ部を組み付けた際に、保護カバーにおける底面部と側面部との接続部分の内面と、絶縁ホルダのテーパ面との間に環状の隙間を生じさせることができる。

よって、この絶縁ホルダを用いるセンサの製造方法によれば、保護カバーの膨らみ変形に伴う絶縁ホルダの破損を防止でき、不適合品の発生率を低下させることができるため、センサの製造効率を向上できるという利点がある。

次に、上述のセンサの製造方法においては、請求項６に記載のように、センサは、板型検出素子のうち検出部が形成される先端側を覆う形状のプロテクタ部を備え、保護カバーは、主体金具の棚部に係合するカバー側係合部を備えると共に、プロテクタ部と一体に形成されており、第１工程において、プロテクタ部が一体に形成された保護カバーで粉体リングの側面を覆うと共に、プロテクタ部で板型検出素子の検出部を覆うとよい。

このセンサの製造方法によれば、保護カバーを粉体リングの側面を覆う位置に配置する作業と、プロテクタ部を板状検出素子の検出部を覆う位置に配置する作業とを、１回の作業で同時に実行できるため、保護カバーとプロテクタ部とが個別に形成される場合に比べて、センサの製造工程における作業工数を削減することができる。

また、センサの製造工程の途中段階で板型検出素子がプロテクタ部に覆われて保護されることから、その後の製造工程における板型検出素子の破損を防止でき、とりわけ、板型検出素子を主体金具の貫通孔に配置する際に、誤って板型検出素子が主体金具に接触するのを防止できる。このため、主体金具への板型検出素子の組み付け作業において、板型検出素子と主体金具とが接触しないように特別な注意を払う必要が無くなり、組み付け作業の煩雑さを軽減することができる。

さらに、保護カバーとプロテクタ部とを一体に形成することで、センサを構成する部材の個数を削減することができ、製造コストの低減を図ることができる。
次に、上述のセンサの製造方法においては、請求項７に記載のように、板型検出素子は、先端側のうち少なくとも測定対象物に晒される電極の表面上に保護層を備え、第１工程において、粉体リングの素子挿通孔に対して板型検出素子を後端側から挿通するとよい。

このセンサの製造方法によれば、第１工程において、粉体リングの素子挿通孔に対して板型検出素子の後端側を先頭として板型検出素子を挿通することから、粉体リングの挿通にあたり、粉体リングが板型検出素子の先端側に形成される保護層を削り取ることはない。

よって、本発明方法によれば、保護層を備える板状検出素子に対して粉体リングを含むフランジ部を一体に組み付けるにあたり、保護層の剥離が生じないように注意を払う必要がなくなり、センサの製造工程における作業の煩雑さを軽減することができる。

次に、上述のセンサの製造方法においては、請求項８に記載のように、センサは、板型検出素子のうちフランジ部よりも後端側の周囲に、環状形状に固められた粉状物からなる充填部材を備えて構成され、第３工程において、板型検出素子のうちフランジ部よりも後端部分に充填部材を配置した状態で、板型検出素子を主体金具の貫通孔に配置し、第３工程の実行後、充填部材に対して棚部に向かう圧力を印加して、板型検出素子と主体金具との間に充填部材を加圧充填することにより、板型検出素子と主体金具との間を充填部材により気密封止するとよい。

このセンサの製造方法によれば、フランジ部を板型検出素子に一体に組み付ける第２工程が実施された後の第３工程において、板型検出素子に対して環状形状の充填部材を挿通することから、フランジ部により充填部材を支持できる。つまり、板型検出素子を先端が下側となる状態にして、板型検出素子の後端から充填部材を挿通すると、充填部材は、フランジ部により係止される状態で板型検出素子の周囲に配置される。

このように、板型検出素子を主体金具の貫通孔に配置する前段階で、充填部材を板型検出素子の周囲に配置できる場合には、板型検出素子に対する充填部材の配置状態を容易に確認することができ、充填部材の配置状態を適切な状態に設定することができる。

なお、主体金具の貫通孔に板型検出素子が配置された後に、充填部材を貫通孔に挿入配置する場合には、主体金具の貫通孔の内部は視認し難いため配置状態の確認が難しく、また、狭い空間であるため配置状態を変更し難いことから、充填部材が不適切な配置状態（例えば、充填部材が傾いた状態など）になる虞がある。これに対して、本発明のセンサの製造方法によれば、板型検出素子に対する充填部材の配置状態を容易に適切な状態に設定できるため、センサの組み立て作業の煩雑さを軽減することができる。

また、主体金具の貫通孔に板型検出素子が配置された後に、充填部材を貫通孔に挿入配置する場合には、主体金具の構造によっては、充填部材が落下する距離が長くなり、落下の衝撃で充填部材が破損する虞がある。

これに対して、本発明のセンサの製造方法であれば、板型検出素子を主体金具の貫通孔に配置する前に、予め充填部材を板型検出素子の周囲に配置できるため、落下時の衝撃に伴う充填部材の破損を防止することができる。つまり、フランジ部の上に積層する状態で充填部材を板型検出素子に配置して、板型検出素子の後端部分を把持した状態で、板型検出素子および充填部材を主体金具の貫通孔に配置することにより、落下の衝撃が生じるのを防止でき、充填部材の破損を防止することができる。

さらに、充填部材が板型検出素子と主体金具との間に加圧充填されるため、板型検出素子と主体金具との組み付け状態がより強固になると共に、両者間の気密封止を良好に図ることができる。

以下に、本発明を適用した実施形態を図面と共に説明する。
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、測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出する検出素子（ガスセンサ素子）が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサ２（以下、空燃比センサ２ともいう）について説明する。

図１は、本発明方法を適用した実施形態の空燃比センサ２の全体構成を示す断面図である。
空燃比センサ２は、排気管に固定するためのネジ部１０３が外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状をなす検出素子４と、検出素子４の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔８４の内壁面が検出素子４の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材８２と、検出素子４と絶縁コンタクト部材８２との間に配置される５個のリードフレーム１０と、を備えている。

検出素子４は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方）に保護層２５に覆われた検出部８が形成され、後端側（図中上方）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面２１および第２板面２３に電極端子部３０，３１，３２，３４，３６が形成されている。リードフレーム１０は、検出素子４と絶縁コンタクト部材８２との間に配置されることで、検出素子４の電極端子部３０，３１，３２，３４，３６にそれぞれ電気的に接続される。また、リードフレーム１０は、外部からセンサの内部に配設されるリード線４６にも電気的に接続されており、リード線４６が接続される外部機器と電極端子部３０，３１，３２，３４，３６との間に流れる電流の電流経路を形成する。

主体金具１０２は、軸線方向に貫通すると共に、この軸線方向に垂直な断面における内周が円形の貫通孔１０９を有し、貫通孔１０９の径方向内側に突出する棚部１０７を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１０２は、検出部８を貫通孔１０９の先端側外部に配置し、電極端子部３０，３１，３２，３４，３６を貫通孔１０９の後端側外部に配置する状態で貫通孔１０９に挿通された検出素子４を保持するよう構成されている。さらに、棚部１０７は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する後端側向き拡径状のテーパ面を有している。

なお、主体金具１０２の貫通孔１０９の内部には、検出素子４の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ１０６、粉末充填層１０８（以下、滑石リング１０８ともいう）、第２充填層１１０および上述のセラミックスリーブ６が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具１０２の後端部１０４との間には、加締リング１１２が配置されており、主体金具１０２の後端部１０４は、加締リング１１２を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。

ここで、検出素子４の概略構造を表す斜視図を、図２に示す。なお、図２では、軸線方向における中間部分を省略して検出素子４を表している。
検出素子４は、軸線方向（図２における左右方向）に延びる板状形状に形成された素子部２０と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ２２とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。なお、空燃比センサ２として用いられる検出素子４は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。

まず、素子部２０は、固体電解質基板の両側に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板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と、これらの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スペーサとから構成される。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ｐｔ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ように配置されている。なお、測定ガス室は、素子部２０の先端側に位置するように形成されると共に、スペーサの先端側には測定ガス室と外部とを連通するための多孔質のセラミックからなる拡散律速部が形成されており、この測定ガス室が形成される部分が検出部８に相当する。

ついで、ヒータ２２は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。
そして、素子部２０とヒータ２２とは、セラミック層（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）を介して互いに接合される。また、検出素子４は、先端側のうち少なくとも測定対象物（本実施形態では排ガス）に晒される多孔質電極の表面上には、耐被毒防止用の多孔質のセラミックからなる保護層２５が形成される。なお、本実施形態では、検出素子４のうち排ガスに晒される多孔質電極の表面を含む先端側全面を保護層２５にて覆っている。

このような検出素子４では、図２に示すように、第１板面２１の後端側（図２における右側）に３個の電極端子部３０，３１，３２が形成され、第２板面２３の後端側に２個の電極端子部３４，３６が形成されている。電極端子部３０，３１，３２は、素子部２０に形成されるものであり、１つの電極端子部は、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多孔質電極と酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極と共用する形で電気的に接続される。また、電極端子部３０，３１，３２のうち残りの２つの電極端子部は、酸素濃淡電池素子の他方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の他方の多孔質電極と各々電気的に接続されている。また、電極端子部３４，３６は、ヒータ２２に形成されるものであり、ヒータの厚さ方向に横切るビア（図示せず）を介して発熱抵抗体パターンの両端に各々接続されている。

なお、検出素子４は、幅方向寸法Ｗ１が４．２［ｍｍ］に形成されており、高さ寸法Ｈ１が１．３［ｍｍ］に形成されている。
このように構成された検出素子４は、図１に示すように、先端側（図１における下方）の検出部８が排気管に固定される主体金具１０２の先端より突出すると共に、後端側の電極端子部３０，３１，３２，３４，３６が主体金具１０２の後端より突出した状態で、主体金具１０２の内部に固定される。

一方、図１に示すように、主体金具１０２の先端側（図１における下方）外周には、検出素子４の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）の二重の外部プロテクタ４２および内部プロテクタ４３が、溶接等によって取り付けられている。

そして、主体金具１０２の後端側外周には、外筒４４が固定されている。また、外筒４４の後端側（図１における上方）の開口部には、検出素子４の各電極端子部３０，３１，３２，３４，３６とそれぞれ電気的に接続される５本のリード線４６が挿通されるリード線挿通孔６１が形成されたセラミックセパレータ４８とグロメット５０とが配置されている。

また、主体金具１０２の後端部１０４より突出された検出素子４の後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材８２が配置される。尚、この絶縁コンタクト部材８２は、検出素子４の後端側の表面に形成される電極端子部３０，３１，３２，３４，３６の周囲に配置されている。

次に、絶縁性材料からなるセラミックホルダ１０６、タルク粉末からなる滑石リング１０８およびタルク粉末からなる第２充填層１１０について説明する。図３に、検出素子４に組み付けられる前における、セラミックホルダ１０６、滑石リング１０８および第２充填層１１０の斜視図を示す。なお、図３では、図における下側を先端側、図における上側を後端側として、各部材を表している。

セラミックホルダ１０６は、軸線方向に貫通する開口挿通部１１３を有する環状形状に形成されており、先端側表面のうちで先端テーパ面１１４が主体金具１０２の棚部１０７に後述する保護カバーを介して係合する先端側向き縮径状のテーパ面として形成されている。

なお、セラミックホルダ１０６は、外径寸法φ１が１０．４６［ｍｍ］、高さ寸法Ｌ３が３．６［ｍｍ］となるように形成されており、開口挿通部１１３は、短辺寸法Ｌ１が１．６［ｍｍ］、長辺寸法Ｌ２が４．５［ｍｍ］となるように形成されている。

ここで、空燃比センサ２のうちセラミックホルダ１０６が配置される部分の拡大断面図を図６に示す。
図６に示すように、セラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４の開き角β［度］は、主体金具１０２の棚部１０７におけるテーパ面の開き角γ［度］と略等しい角度に調整されている。また、セラミックホルダ１０６は、図６に示すように、自身の表面のうち側面１７３と先端テーパ面１１４との間に第２テーパ面１７１が形成されている。なお、セラミックホルダ１０６を中心軸線に沿って平行な向きに断面をとったときには、図６に示すように、第２テーパ面１７１における開き角α［度］と先端テーパ面１１４の開き角β［度］との間には、α＜βの関係が成立するように、先端テーパ面１１４および第２テーパ面１７１が形成されている。本実施形態では、具体的には、α＝１１０［度］、β＝１２０［度］に形成している。

図３に戻り、検出素子４を挿通する前段階における開口挿通部１１３の開口断面積は、軸線方向に垂直な面における検出素子４の断面形状よりもわずかに大きく形成されており、セラミックホルダ１０６の開口挿通部１１３は、検出素子４を挿通可能な大きさに形成されている。なお、セラミックホルダ１０６は、滑石リング１０８を構成するタルク粉末が、主体金具１０２の貫通孔１０９から外部にこぼれ落ちるのを防止するために備えられている。

滑石リング１０８は、タルク粉末が固められて形成されており、軸線方向に貫通する素子挿通孔１１５を有する環状形状に形成されている。素子挿通孔１１５の開口断面積は、軸線方向に垂直な面における検出素子４の断面形状よりもわずかに大きく形成されており、滑石リング１０８の素子挿通孔１１５は、検出素子４を挿通可能な大きさに形成されている。

なお、滑石リング１０８は、外径寸法φ２が１０．４６［ｍｍ］、高さ寸法Ｌ６が４．０［ｍｍ］となるように形成されており、素子挿通孔１１５は、短辺寸法Ｌ５が１．７［ｍｍ］、長辺寸法Ｌ４が４．５［ｍｍ］となるように形成されている。

第２充填層１１０は、タルク粉末が固められて形成されており、軸線方向に貫通する第２素子挿通孔１１７を有する環状形状に形成されている。第２素子挿通孔１１７の開口断面積は、軸線方向に垂直な面における検出素子４の断面形状よりもわずかに大きく形成されており、第２充填層１１０の第２素子挿通孔１１７は、検出素子４を挿通可能な大きさに形成されている。

なお、滑石リング１０８および第２充填層１１０の製造に際しては、例えば、水ガラスなどをバインダとして用いることで、タルク粉末を一定形状に固めることができる。
次に、保護カバー１２５について説明する。図４に、保護カバー１２５の斜視図を示す。なお、図４では、図における上側を先端側とし、図における下側を後端側として、保護カバー１２５を表している。

保護カバー１２５は、金属材料（例えば、ステンレス鋼等）からなり、セラミックホルダ１０６および滑石リング１０８を内部に収容可能な大きさの筒状形状に形成された側面部１２８と、筒状の側面部１２８の先端に連結される底面部１２６と、を備えて構成されている。なお、底面部１２６は、主体金具１０２への組み付け後において、セラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４に当接する。つまり、保護カバー１２５は、セラミックホルダ１０６および滑石リング１０８の側面を覆うと共に、セラミックホルダ１０６の先端側を覆う筒状形状に形成されている。

保護カバー１２５の底面部１２６は、滑石リング１０８が圧縮充填されて検出素子４と一体化される前段階では、詳細は後述するが、主体金具１０２の棚部１０７のテーパ角度とは異なる角度のテーパ形状に形成されている。また、保護カバー１２５の底面部１２６は、軸線方向に貫通する開口部１２７が形成されており、開口部１２７の開口断面積は、検出素子４のうち軸線方向に垂直な面における断面形状よりも大きく形成され、開口部１２７は、検出素子４のみを挿通させた状態で、当該検出素子４を中心軸線を回転中心として回転させることが可能な大きさに形成されている。

なお、保護カバー１２５は、側面部１２８の外径寸法φ３が１１．４３［ｍｍ］、側面部１２８の高さ寸法Ｌ７が８．５［ｍｍ］、厚さ寸法ｄ１が０．４［ｍｍ］となるように形成されている。

次に、検出素子４に対して、セラミックホルダ１０６、滑石リング１０８および保護カバー１２５を一体に組み付けることで構成される素子ユニット７の製造作業について説明する。図５に、素子ユニット製造用治具１５０を用いた素子ユニット７の製造工程における各段階を表した説明図を示す。

なお、本実施形態においては、この素子ユニット７の製造工程前において、先端側の表面に保護層２５を形成した検出素子４（図２参照）を形成している。
素子ユニット製造用治具１５０は、検出素子４の後端側部分を収容するための素子配置部１５２を有する基台部１５１と、検出素子４と略同様の断面形状に形成された長尺状のピン部材１５３と、滑石リング１０８を検出素子４の軸線方向に沿って圧縮変形させるための圧力を印加する圧力印加部材１５５と、を備えて構成されている。

図５に示すように、素子ユニット７の製造工程における第１ステップでは、基台部１５１の素子配置部１５２に対してピン部材１５３を配置する作業を行い、次の第２ステップでは、ピン部材１５３に対して滑石リング１０８およびセラミックホルダ１０６をこの順に挿通したあと、滑石リング１０８およびセラミックホルダ１０６を覆うように、保護カバー１２５を配置する。

続く第３ステップでは、ピン部材１５３を引き抜く作業を行う。この結果、保護カバー１２５，セラミックホルダ１０６，滑石リング１０８が、基台部１５１の上側において、積層された状態で配置される。

第４ステップでは、後端側（電極端子部３０が形成されている側）を先頭とする状態で、検出素子４を、保護カバー１２５の開口部１２７、セラミックホルダ１０６の開口挿通部１１３、滑石リング１０８の素子挿通孔１１５および素子配置部１５２の内部に対して挿入する。このとき、検出素子４が基台部１５１の内部で係止されることで、検出素子４に対する滑石リング１０８の相対位置が位置決めされる。

このように、第４ステップにおいて、後端側を先頭とする状態で、検出素子４をセラミックホルダ１０６の開口挿通部１１３や滑石リング１０８の素子挿通孔１１５などに挿通することで、挿入時における検出素子４の先端側に予め形成した保護層２５の剥離を有効に抑制することができる。

なお、基台部１５１は、このときの検出素子４と滑石リング１０８との相対位置が、空燃比センサ２の完成時における検出素子４と滑石リング１０８との相対位置となるように、素子配置部１５２の深さ寸法などが適宜設定された上で構成されている。

そのあと、圧力印加部材１５５により保護カバー１２５を介してセラミックホルダ１０６に対して基台部１５１に向かう圧力を印加することで、滑石リング１０８に対して軸線方向に圧縮する圧縮用圧力を印加する。このとき、圧力印加部材１５５のうちで保護カバー１２５に当接して滑石リング１０８に圧力を印加することになる当接面１５７は、テーパ形状に形成されており、この当接面１５７の開き角は、セラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４と略等しい開き角β（図６参照）に形成されている。つまり、圧力印加部材１５５の当接面１５７の開き角は、主体金具１０２の棚部１０７の開き角γ（図６参照）と略等しい値に予め調整されている。こうして、圧力印加部材１５５により滑石リング１０８に対して圧縮用圧力を印加することで、素子挿通孔１１５の開口断面積が縮小するように、滑石リング１０８が圧縮変形し、検出素子４に対して滑石リング１０８が一体に組み付けられる。また、このとき、滑石リング１０８の側面と保護カバー１２５の内周面とが密着するように、滑石リング１０８が圧縮変形し、保護カバー１２５およびセラミックホルダ１０６が滑石リング１０８と共に、検出素子４に一体に組み付けられる。

なお、この圧力印加部材１５５による圧力印加前（換言すれば、第４ステップ前）の保護カバー１２５の底面部１２６においては、予めテーパ形状に形成されてはいるものの、セラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４の開き角βとは異なる開き角に形成されている。このように、圧力印加前において保護カバー１２５の底面部１２６の開き角をセラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４の開き角βと異ならせておくことで、セラミックホルダ１０６の開き角βが較差範囲内でズレを生じている場合にも、圧力印加時に底面部１２６の内周面を良好にセラミックホルダ１０６の先端テーパ面１１４に沿わせることができる。

次の第５ステップにおいて、滑石リング１０８、セラミックホルダ１０６、保護カバー１２５および検出素子４が一体に組み付けられて構成される素子ユニット７を基台部１５１から取り外すことで、素子ユニット７が完成する。

次に、上記のようにして組み立てられた素子ユニット７（滑石リング１０８、セラミックホルダ１０６、保護カバー１２５および検出素子４）を、主体金具１０２に一体に組み付ける作業について説明する。

まず、素子ユニット７として備えられる検出素子４の後端側に、第２充填層１１０を挿通し、先端側に向けて第２充填層１１０を移動させて、滑石リング１０８の後端側に第２充填層１１０を積層する。そして、素子ユニット７（滑石リング１０８、セラミックホルダ１０６、保護カバー１２５および検出素子４）を、第２充填層１１０と共に、検出素子４の先端側を先頭とする状態で、主体金具１０２の貫通孔１０９に挿入する。

このとき、先端側を下側とする状態で主体金具１０２を配置し、検出素子４のうち第２充填層１１０よりも後端側となる部分を把持して、素子ユニット７を下降させ、保護カバー１２５の底面部１２６を主体金具１０２の棚部１０７に当接させることで、貫通孔１０９に対する素子ユニット７の挿入作業を行うことができる。

この挿入作業により、保護カバー１２５の底面部１２６が主体金具１０２の棚部１０７に係止されることで、素子ユニット７は、主体金具１０２の内部での軸線方向における配置位置が定められる。換言すれば、滑石リング１０８がセラミックホルダ１０６および保護カバー１２５を介して主体金具１０２の棚部１０７に係止されることで、検出素子４は、主体金具１０２の内部での軸線方向位置が定められる。

次に、主体金具１０２の内部に配置された検出素子４の後端側に、セラミックスリーブ６を挿通すると共に、滑石リング１０８の後端側に、第２充填層１１０、セラミックスリーブ６および加締リング１１２を積層する。その後、加締リング１１２を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、主体金具１０２の後端部１０４を先端側に向けて加締める加締め変形作業を行う。

この加締め変形作業により、第２充填層１１０に対して棚部１０７に向かう圧力（軸線方向に圧縮する圧力）を印加することで、第２充填層１１０を圧縮変形させて、図１に示すように、検出素子４（素子ユニット７）を主体金具１０２に一体に組み付ける。

また、主体金具１０２の後端部１０４の加締め変形作業においては、保護カバー１２５の底面部１２６をセラミックホルダ１０６と棚部１０７との間で挟み込むことにより、棚部１０７、セラミックホルダ１０６との間の気密固定が図られる。

ところで、このような加締め変形作業により第２充填層１１０に対して軸線方向先端側への圧力を加えると、素子ユニット７における保護カバー１２５の底面部１２６においても先端側に向かう圧力が印加されるために、加える圧力の大きさによっては、底面部１２６と側面部１２８の接続部位（連結部位）近傍が内側凸状に膨らみ変形を生じ、その凸状の膨らみがセラミックホルダ１０６に応力を加えて、セラミックホルダ１０６に亀裂を生じさせる虞がある。しかし、本実施形態においては、図６を援用して示すように、セラミックホルダ１０６に先端テーパ面１１４の開き角βおよび主体金具１０２の棚部１０７の開き角γよりも小さい開き角αをなす第２テーパ面１７１を形成しており、この第２テーパ面１７１と保護カバー１２５の内周面との間に環状の隙間を形成してなるものである。これにより、主体金具１０２の棚部１０７に素子ユニット７を係合させた状態で第２充填層１１０を圧縮し、底面部１２６と側面部１２８の接続部位近傍が内側凸状に膨らみ変形が生じても、その膨らみがセラミックホルダ１０６（第２テーパ面１７１）に接触し難くなるので、上記のような亀裂の発生を有効に抑えることができる。

なお、素子ユニット７は、セラミックスリーブ６や主体金具１０２などの他部材が一体に組み付けられることで、中間組立部品１０５を構成する。中間組立部品１０５の斜視図を、図７に示す。なお、図７では、外部プロテクタ４２が組み付けられた状態の中間組立部品１０５を表している。

この中間組立部品１０５に対して、リードフレーム１０、絶縁コンタクト部材８２および外筒４４などの各部材を組み付けることで、図１に示すような空燃比センサ２が完成する。

なお、本実施形態においては、検出素子４が特許請求の範囲に記載の板型検出素子に相当し、粉末充填層１０８（滑石リング１０８）が粉体リングに相当し、セラミックホルダ１０６が絶縁ホルダに相当し、粉末充填層１０８（滑石リング１０８）、セラミックホルダ１０６および保護カバー１２５がフランジ部に相当し、第２充填層１１０が充填部材に相当する。

また、素子ユニット７の製造工程における第４ステップにおいて、検出素子４を保護カバー１２５、セラミックホルダ１０６および滑石リング１０８に挿通する工程が、特許請求の範囲に記載の第１工程に相当し、圧力印加部材１５５により滑石リング１０８に対して軸線方向に圧縮する圧縮用圧力を印加する工程が、第２工程に相当する。さらに、素子ユニット７の製造工程の終了後、素子ユニット７を主体金具１０２の貫通孔１０９に挿入し、保護カバー１２５の底面部１２６およびセラミックホルダ１０６を介して滑石リング１０８を棚部１０７に係合させる工程が、特許請求の範囲に記載の第３工程に相当する。

以上、説明したように、空燃比センサ２の製造方法では、素子ユニット７の製造工程における第４ステップにおいて、保護カバー１２５の開口部１２７、セラミックホルダ１０６の開口挿通部１１３および滑石リング１０８の素子挿通孔１１５に対して、後端側（電極端子部３０が形成されている側）を先頭とする状態で、検出素子４を挿通している。このため、検出素子４を挿通するにあたり、保護カバー１２５、セラミックホルダ１０６および滑石リング１０８が、検出素子４の先端側に形成される保護層２５を削り取ることはない。

よって、センサの製造工程において、主体金具１０２の棚部１０７に係合する係り止め係合部を検出素子４に形成するために、検出素子４に対して保護カバー１２５、セラミックホルダ１０６および滑石リング１０８を一体に組み付けるにあたり、保護層２５の剥離が生じるのを防止することができる。

また、第４ステップでは、圧力印加により素子挿通孔１１５の断面積が縮小するよう滑石リング１０８を圧縮変形させて、検出素子４に対して滑石リング１０８および保護カバー１２５を一体に組み付ける作業を行う。これにより、滑石リング１０８および保護カバー１２５を、検出素子４の側面から側方に突出する係り止め係合部として利用することができる。

そして、素子ユニット７の一部として備えられる検出素子４を、主体金具１０２の貫通孔１０９に配置する際に、滑石リング１０８、セラミックホルダ１０６および保護カバー１２５を棚部１０７に係合させることで、主体金具１０２の内部での検出素子４の軸線方向における位置決めを行う。このようにして、主体金具１０２における検出素子４の位置決めを行うことから、ガラス封止材が不要となるため、高温熱処理作業に伴うセンサ製造効率の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態の製造方法においては、滑石リング１０８などが一体に組み付けられた検出素子４を主体金具１０２の貫通孔１０９に配置するにあたり、検出素子４の回転方向位置（軸線方向を回転軸とする回転方向位置）がいずれの方向であっても主体金具１０２の貫通孔１０９に配置可能となる。このため、検出素子４の回転方向位置を所定方向に定める必要が無くなり、主体金具１０２に対する検出素子４の組み付け作業の煩雑さを軽減することができる。

さらに、素子ユニット製造用治具１５０は、基台部１５１にて組み付けられるときの検出素子４と滑石リング１０８（または、保護カバー１２５）との相対位置が、空燃比センサ２の完成時における検出素子４と滑石リング１０８（または、保護カバー１２５）との相対位置と略等しくなるように、各部の寸法が決定されて構成されている。

このため、滑石リング１０８および保護カバー１２５が一体に組み付けられた検出素子４は、主体金具１０２に組み付けるにあたり、保護カバー１２５と棚部１０７とを係合させることで、検出素子４と主体金具１０２との軸線方向における相対位置を適切な位置に定めることができる。これにより、主体金具１０２に対する検出素子４の位置決め作業（軸線方向における位置決め作業）が容易となり、作業の煩雑さを軽減できる。

また、本実施形態では、滑石リング１０８に加えて保護カバー１２５を検出素子４に一体に組み付けることから、滑石リング１０８および保護カバー１２５を検出素子４の係り止め係止部として利用できる。そして、滑石リング１０８および保護カバー１２５からなる係り止め係止部は、滑石リング１０８のみで構成される係り止め係止部に比べて、強度に優れるため、センサの製造工程での割れや欠けなどの破損を防止できる。

さらに、この製造方法においては、保護カバー１２５が滑石リング１０８の側面を覆う（包囲する）状態で配置されることから、素子ユニット製造用治具１５０を用いて滑石リング１０８を圧縮変形させる際に、滑石リング１０８の側面を包囲する部材が不要となる。このため、素子ユニット製造用治具１５０の構造を簡略化することができ、センサの製造コストの低減を図ることができる。

そして、空燃比センサ２においては、金属材料からなる保護カバー１２５の底面部１２６が、セラミックホルダ１０６と主体金具１０２（詳細には棚部１０７）との間に配置されている。このように配置される保護カバー１２５の底面部１２６は、セラミックホルダ１０６と主体金具１０２（詳細には棚部１０７）との間に隙間が生じるのを防止するパッキンとして機能するため、センサの気密性を向上することができる。

さらに、このセンサの製造方法によれば、滑石リング１０８を検出素子４に一体に組み付けた後の工程において、検出素子４に対して環状形状の第２充填層１１０を挿通することから、滑石リング１０８により第２充填層１１０を支持できる。つまり、検出素子４を先端が下側となる状態にして、検出素子４の後端から第２充填層１１０を挿通すると、第２充填層１１０は、滑石リング１０８により係止される状態で検出素子４の周囲に配置される。

このように、検出素子４を主体金具１０２の貫通孔１０９に配置する前段階で、第２充填層１１０を検出素子４の周囲に配置できる場合には、検出素子４に対する第２充填層１１０の配置状態を容易に確認することができ、第２充填層１１０の配置状態を適切な状態に設定することができる。

さらに、第２充填層１１０を備えることで、保護カバー１２５の底面部１２６に加えて、第２充填層１１０が検出素子４と主体金具１０２との間に加圧充填されるため、検出素子４と主体金具１０２との間における気密性の向上をより有効に図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、検出素子の検出部を覆うプロテクタ部は、保護カバーと一体に形成しても良い。ここで、保護カバーとプロテクタ部とが一体に形成された第２保護カバー１６１を備える第２全領域空燃比センサ１６０の全体構成を示す断面図を、図８に示す。

なお、第２全領域空燃比センサ１６０は、上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）の全領域空燃比センサ２に対して、保護カバー１２５および内部プロテクタ４３を第２保護カバー１６１に置き換え、外部プロテクタ４２を第２外部プロテクタ１６５に置き換えることで構成できる。図８では、第１実施形態と共通の部材については、同一符号を付して示している。

第２保護カバー１６１は、上述の保護カバー１２５と同形状のカバー部１６２に対して、先端側に向けて延設されるプロテクタ部１６３を備えることで構成されている。なお、カバー部１６２のうち、第１実施形態における保護カバー１２５の底面部１２６に相当する部分が、カバー側係合部１６４である。

また、プロテクタ部１６３は、カバー側係合部１６４の開口部から先端側に向けて延設され、先端側が閉じた筒状形状に形成されると共に、側壁部に測定対象ガスを通過させるための複数の孔部が形成されている。なお、プロテクタ部１６３は、外径寸法が主体金具１０２の貫通孔１０９の先端側開口部の内径に略等しく形成されており、第１実施形態の内部プロテクタ４３に比べて、外径寸法が縮小されて形成されている。

次に、第２外部プロテクタ１６５は、第１実施形態の外部プロテクタ４２と略同様の形状であり、外部プロテクタ４２に比べて外径寸法が縮小されて形成されている。
そして、第２全領域空燃比センサ１６０の製造工程においては、第１実施形態における素子ユニットの製造工程での第２ステップに相当する工程において、カバー部１６２で滑石リング１０８およびセラミックホルダ１０６の側面を覆うと共に、プロテクタ部１６３で検出素子４の検出部８を覆うように、第２保護カバー１６１を配置する。

このように、カバー部１６２とプロテクタ部１６３とが一体に形成された第２保護カバー１６１を用いるセンサの製造方法によれば、カバー部１６２を滑石リング１０８の側面を覆う位置に配置する作業と、プロテクタ部１６３を検出素子４の検出部８を覆う位置に配置する作業とを、１回の作業で同時に実行できる。このため、プロテクタ部とカバー部とが一体に形成される第２保護カバー１６１を用いることで、保護カバーとプロテクタ部とが個別に備えられる場合に比べて、センサの製造工程における作業工数を削減することができる。

また、センサの製造工程の途中段階で検出素子４がプロテクタ部１６３に覆われて保護されることから、その後の製造工程における検出素子４の破損を防止でき、とりわけ、検出素子４を主体金具１０２の貫通孔１０９に配置する際に、誤って検出素子４が主体金具１０２に接触するのを防止できる。このため、主体金具１０２への検出素子４の組み付け作業において、検出素子４と主体金具１０２とが接触しないように特別な注意を払う必要が無くなり、組み付け作業の煩雑さを軽減することができる。

さらに、カバー部１６２とプロテクタ部１６３とが一体に形成された第２保護カバー１６１を用いることで、保護カバーとプロテクタ部とを別個に備える場合に比べて、センサを構成する部材の個数を削減でき、部品の製造コストの削減に伴い、センサ全体としての製造コストの低減を図ることができる。

また、第２全領域空燃比センサ１６０においては、主体金具１０２の棚部１０７に係合するカバー側係合部１６４が第２保護カバー１６１に備えられていることから、カバー部１６２が主体金具１０２の先端側に抜け落ちることはない。そして、このカバー部１６２と一体に形成されるプロテクタ部１６３は、カバー部１６２から切り離されない限り、主体金具１０２から脱落することはない。

このため、内部プロテクタ４３を主体金具１０２に対して溶接などにより組み付ける構造の全領域空燃比センサ２に比べて、第２全領域空燃比センサ１６０は、プロテクタ部１６３が脱落し難い構造となり、外力などの影響によるプロテクタ部１６３の脱落を防止できるため、プロテクタ部１６３により検出素子４を確実に保護することができる。

よって、第２全領域空燃比センサ１６０は、検出素子４に対して外力が作用しやすい環境においても、プロテクタ部により保護できるため、検出素子４に対する外力の影響を抑えることができ、高い気密性が要求される用途に適したセンサとなる。

次に、他の実施形態としては、保護カバーとして、滑石リングが圧縮充填されて検出素子と一体化される前段階における底面部の形状が、軸線方向に垂直な平面として形成された保護カバーを備えるセンサが挙げられる。つまり、図５を援用して示すように、素子ユニットの製造工程における第４ステップの前段階における保護カバーの底面部は、テーパ形状に限られることはなく、最終的に素子ユニットを形成する時点で、主体金具の棚部に係合する形状に形成されていればよい。

なお、保護カバーを構成する金属材料としては、弾性変形可能で、高温環境下での使用に耐えられる特性を有する金属材料を用いることが望ましい。
また、上述した実施形態において、粉体リングに相当する粉末充填層１０８、充填部材に相当する第２充填層１１０は、タルク粉末（滑石）によって形成されるものに限定されず、例えば、六方晶系窒化ホウ素粉末などで形成したものであってもよい。

次に、検出素子の径方向周囲を取り囲む状態で配置されるセラミックホルダは、第１実施形態のセラミックホルダ１０６のように先端側表面が複数のテーパ面（先端テーパ面１１４、第２テーパ面１７１）を有する形状のものに限られることはない。ここで、先端側に単一のテーパ面が形成された第２セラミックホルダ２０６を備える第３全領域空燃比センサ２００の全体構成を示す断面図を、図９に示す。また、第３全領域空燃比センサ２００のうち第２セラミックホルダ２０６が配置される部分の拡大断面図を、図１０に示す。

なお、第３全領域空燃比センサ２００は、上述の第１実施形態の全領域空燃比センサ２に対して、セラミックホルダ１０６を第２セラミックホルダ２０６に置き換えることで構成できる。図９および図１０では、第１実施形態と共通の部材については、同一符号を付して示している。

第２セラミックホルダ２０６は、軸線方向に貫通する開口挿通部を有する環状形状に形成されており、先端側表面に単一の先端側向き縮径状の単一テーパ面２１４を備えて構成されている。なお、第２セラミックホルダ２０６は、先端側表面以外の部分については、セラミックホルダ１０６と同様に構成されている。

そして、第３全領域空燃比センサ２００のうち主体金具１０２の棚部１０７は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する後端側向き拡径状のテーパ面を有しており、そのテーパ面の開き角γは１２０［度］に設定されている。また、第２セラミックホルダ２０６は、単一テーパ面２１４の開き角βが９０［度］に設定されている。つまり、第２セラミックホルダ２０６の単一テーパ面２１４の開き角βは、主体金具１０２の棚部１０７の開き角γよりも小さい角度に設定されている。

このため、検出素子４にフランジ部（粉末充填層１０８、第２セラミックホルダ２０６、保護カバー１２５）を組み付けた際には、保護カバー１２５における底面部１２６と側面部１２８との接続部分の内面と、第２セラミックホルダ２０６の単一テーパ面２１４との間に、保護カバー１２５の内面周方向わたり環状の隙間１２９が形成される。

このように保護カバー１２５の内面との間に隙間１２９が形成される構成の第２セラミックホルダ２０６を用いることで、保護カバー１２５における底面部１２６と側面部１２８との接続部分近傍が内向きに膨らんで保護カバー１２５が変形した場合であっても、膨らみ部分が第２セラミックホルダ２０６に接触するのを防止できる。

よって、第２セラミックホルダ２０６を備える第３全領域空燃比センサ２００の製造方法によれば、製造工程において保護カバー１２５が変形した場合であっても、その変形に起因して第２セラミックホルダ２０６が破損するのを防止でき、不適合品の発生率を低下させることができるため、センサの製造効率を向上できる。

実施形態の空燃比センサの全体構成を示す断面図である。 検出素子の概略構造を表す斜視図である。 検出素子に組み付けられる前における、セラミックホルダ、滑石リングおよび第２充填層の斜視図である。 保護カバーの斜視図である。 素子ユニット製造用治具を用いた素子ユニットの製造工程における各段階を表した説明図である。 空燃比センサのうちセラミックホルダが配置される部分の拡大断面図である。 検出素子に滑石リングや主体金具などの他部材が一体に組み付けられて構成される中間組立部品の斜視図である。 第２全領域空燃比センサの全体構成を示す断面図である。 第２セラミックホルダを備える第３全領域空燃比センサの全体構成を示す断面図である、 第３全領域空燃比センサのうち第２セラミックホルダが配置される部分の拡大断面図である。

符号の説明

２…全領域空燃比センサ、４…検出素子、８…検出部、３０，３１，３２，３４，３６…電極端子部、１０２…主体金具、１０６…セラミックホルダ、１０７…棚部、１０８…粉末充填層（滑石リング）、１０９…貫通孔、１１０…第２充填層１１０、１２５…保護カバー、１２６…底面部、１６０…第２全領域空燃比センサ、１６１…第２保護カバー、１６２…カバー部、１６３…プロテクタ部、１６４…カバー側係合部、２００…第３全領域空燃比センサ、２０６…第２セラミックホルダ。

Claims (8)

1. 軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象物に向けられる先端側に検出部が形成され、後端側に電極端子部が形成される板型検出素子と、
   前記板型検出素子を取り囲む形態で一体に組み付けられるフランジ部と、
   前記板型検出素子を挿通するために軸線方向に貫通する貫通孔を有し、前記フランジ部に係合するように前記貫通孔の内周面から径方向内向きに突出して形成される棚部を有する主体金具と、
   を備えるセンサの製造方法であって、
   前記フランジ部は、粉体物が固められて環状形状をなす粉体リングを少なくとも備える形態で前記板型検出素子に一体に組み付けられるものであり、
   前記板型検出素子を前記粉体リングに挿通する前の状態において、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい素子挿通孔を有する当該粉体リングの前記素子挿通孔に対して、前記板型検出素子を挿通すると共に、前記板型検出素子の軸線方向における前記粉体リングの位置決めを行う第１工程と、
   前記粉体リングに対して軸線方向に圧縮する圧縮用圧力を印加し、前記素子挿通孔の開口断面積が縮小するよう前記粉体リングを圧縮変形させて、前記板型検出素子に対して前記粉体リングを少なくとも含む前記フランジ部を一体に組み付ける第２工程と、
   前記板型検出素子を前記主体金具の前記貫通孔の内部に配置する際に、前記フランジ部を直接または前記軸線方向に延びる中心軸を回転中心として前記板型検出素子を回転可能な大きさの中空部を有する中間部材を介して前記棚部に係合させて、前記貫通孔の内部での前記板型検出素子の軸線方向における位置決めを行う第３工程と、
   を有することを特徴とするセンサの製造方法。
2. 前記フランジ部は、前記粉体リングの側面を覆う筒状の保護カバーを備えて構成され、
   前記第１工程において、前記板型検出素子を前記粉体リングの前記素子挿通孔に挿通するにあたり、前記保護カバーを前記粉体リングの側面を覆う位置に配置し、
   前記第２工程において、前記粉体リングに圧力を印加するにあたり、前記素子挿通孔の断面積を縮小させると共に、前記粉体リングと前記保護カバーとの隙間を無くすよう前記粉体リングを圧縮変形させて、前記粉体リングおよび前記保護カバーを含む前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサの製造方法。
3. 前記フランジ部は、前記粉体リングの先端側に環状形状の絶縁材料からなる絶縁ホルダを備え、
   前記保護カバーは、金属材料で形成されており、前記粉体リングの側面および前記絶縁ホルダの側面を覆う筒状形状に形成される側面部と、前記絶縁ホルダの先端側表面に当接する底面部と、を備え、
   前記絶縁ホルダは、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口挿通部を有し、
   前記保護カバーの前記底面部は、軸線方向に垂直な面における前記板型検出素子の断面形状よりも開口断面積が大きい開口部を有し、
   前記第１工程において、前記底面部が前記絶縁ホルダの先端側に配置されるように前記粉体リングおよび前記絶縁ホルダを前記保護カバーで覆い、前記底面部の前記開口部、前記絶縁ホルダの前記開口挿通部、前記粉体リングの前記素子挿通孔に対して、前記板型検出素子を挿通し、
   前記第２工程において、前記圧縮用圧力を印加することにより、前記粉体リングを圧縮変形させると共に、前記粉体リング、前記絶縁ホルダおよび前記保護カバーを含む前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
   を特徴とする請求項２に記載のセンサの製造方法。
4. 前記主体金具に形成される前記棚部は、後端側向き拡径状のテーパ面として形成され、
   前記絶縁ホルダの先端側表面には、先端側向き縮径状のテーパ面が少なくとも形成され、
   前記保護カバーの前記底面部は、前記粉体リングおよび前記絶縁ホルダを覆う前の段階では、前記絶縁ホルダの前記テーパ面とは異なる角度に形成されており、
   前記第２工程において、前記圧縮用圧力を印加することにより、前記粉体リングを圧縮変形させると共に、前記保護カバーの前記底面部を前記絶縁ホルダの前記テーパ面と略同一角度に変形させて、前記フランジ部を前記板型検出素子に一体に組み付けること、
   を特徴とする請求項３に記載のセンサの製造方法。
5. 前記絶縁ホルダは、前記第２工程を実行して前記保護カバーの内部に配置された際に、前記保護カバーにおける前記底面部と前記側面部との接続部分の内面との間に環状の隙間を生じさせる形状に予め形成されていること、
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載のセンサの製造方法。
6. 当該センサは、前記板型検出素子のうち前記検出部が形成される先端側を覆う形状のプロテクタ部を備え、
   前記保護カバーは、前記主体金具の前記棚部に係合するカバー側係合部を備えると共に、前記プロテクタ部と一体に形成されており、
   前記第１工程において、前記プロテクタ部が一体に形成された前記保護カバーで前記粉体リングの側面を覆うと共に、前記プロテクタ部で前記板型検出素子の前記検出部を覆うこと、
   を特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載のセンサの製造方法。
7. 前記板型検出素子は、先端側のうち少なくとも測定対象物に晒される電極の表面上に保護層を備え、
   前記第１工程において、前記粉体リングの前記素子挿通孔に対して前記板型検出素子を後端側から挿通すること、
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のセンサの製造方法。
8. 前記センサは、前記板型検出素子のうち前記フランジ部よりも後端側の周囲に、環状形状に固められた粉状物からなる充填部材を備えて構成されており、
   前記第３工程において、前記板型検出素子のうち前記フランジ部よりも後端部分に前記充填部材を配置した状態で、前記板型検出素子を前記主体金具の貫通孔に配置し、
   前記第３工程の実行後、前記充填部材に対して前記棚部に向かう圧力を印加して、前記板型検出素子と前記主体金具との間に前記充填部材を加圧充填することにより、前記板型検出素子と前記主体金具との間を前記充填部材により気密封止すること、
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のセンサの製造方法。