ガスセンサ、空燃比制御装置、輸送機器およびガスセンサの製造方法
【課題】ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化する。
【解決手段】本発明によるガスセンサは、所定のガスを検出するための検出部１１を有するセンサ素子１０と、その一端側に検出部１１が露出するようにセンサ素子１０が挿通配置されるハウジング２０と、ガラス材料から形成され、センサ素子１０をハウジング２０に対して固定するガラスシール部５０と、ガラスシール部５０に対してセンサ素子１０の検出部１１とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部５０に埋没している第１のセラミックス部材５１とを備える。
【解決手段】本発明によるガスセンサは、所定のガスを検出するための検出部１１を有するセンサ素子１０と、その一端側に検出部１１が露出するようにセンサ素子１０が挿通配置されるハウジング２０と、ガラス材料から形成され、センサ素子１０をハウジング２０に対して固定するガラスシール部５０と、ガラスシール部５０に対してセンサ素子１０の検出部１１とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部５０に埋没している第１のセラミックス部材５１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスシール部を備えたガスセンサおよびその製造方法に関する。また、本発明は、そのようなガスセンサを備えた空燃比制御装置や輸送機器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題やエネルギー問題の観点から、内燃機関の燃費を向上させたり、内燃機関の排気ガス中に含まれる規制物質（ＮＯｘなど）の排出量を低減したりすることが求められている。このためには、常に最適な条件で燃料の燃焼が行えるよう、燃焼状態に応じて燃料と空気との比率を適切に制御する必要がある。空気と燃料との比率は空燃比（Ａ／Ｆ）と呼ばれ、三元触媒を用いる場合、最適な空燃比は理論空燃比である。理論空燃比とは、空気と燃料とが過不足なく燃焼する空燃比である。
【０００３】
理論空燃比で燃料が燃焼している場合、排気ガス中には一定の酸素が含まれる。空燃比が理論空燃比よりも小さい（つまり燃料の濃度が相対的に高い）場合には、排気ガス中の酸素濃度が、理論空燃比の場合の酸素濃度に比べて減少する。一方、空燃比が理論空燃比よりも大きい（つまり燃料の濃度が相対的に低い）場合には、排気ガス中の酸素濃度は増加する。このため、排気ガス中の酸素濃度を計測することによって、空燃比が理論空燃比からどの程度ずれているかを推定し、空燃比を調節して最適な条件で燃料が燃焼するように制御することが可能となる。
【０００４】
排気ガス中の酸素濃度を計測するための酸素センサとしては、特許文献１に開示されているような起電力型の酸素センサや、特許文献２に開示されているような抵抗型の酸素センサが知られている。起電力型の酸素センサは、固体電解質層の表面に設けられた基準電極および測定電極（それぞれ空気および排気ガスに曝される）間での酸素分圧の違いを起電力として検出することによって酸素濃度を測定する。これに対し、抵抗型の酸素センサは、排気ガスに曝される酸化物半導体層の抵抗率の変化を検出することによって酸素濃度を測定する。
【０００５】
起電力型の酸素センサでは、基準電極側と測定電極側とを気密的に分離する構造が必要である。このような構造の１つとして、特許文献３には、ガラス材料を溶融固化させることによって形成されたガラスシール部を含む気密構造が提案されている。
【０００６】
図１５に、特許文献３に開示されている起電力型酸素センサ８００を示す。この酸素センサ８００は、センサ素子８１０と、センサ素子８１０が挿通される筒状の絶縁碍子８１３と、絶縁碍子８１３を収容する筒状のハウジング８２０とを備えている。ハウジング８２０の基端側には、内部に大気が導入される大気側カバー８４０が設けられている。また、ハウジング８２０の先端側には、内部に測定対象であるガス（つまり排気ガス）が導入される測定ガス側カバー８３０が設けられている。
【０００７】
測定ガス側カバー８３０は、内側カバー８３１と外側カバー８３２とを含む二重構造を有している。内側カバー８３１および外側カバー８３２のそれぞれには、測定ガスを内部に導入するための開口部８３３が形成されている。
【０００８】
また、大気側カバー８４０の基端側の外周面には、撥水フィルタ８４３を介してさらにカバー８４５が設けられている。このカバー８４５と大気側カバー８４０には、大気を内部に導入するための開口部８４７が形成されている。
【０００９】
絶縁碍子８１３の基端側には、さらなる絶縁碍子（大気側絶縁碍子）８１５が配置されており、大気側絶縁碍子８１５と大気側カバー８４０との間には皿バネ８１７が設けられている。大気側絶縁碍子８１５の内部で、センサ素子８１０と端子部８４４とが接続されている。
【００１０】
また、端子部８４４は、大気側絶縁碍子８１５の外部において、リード線８４６に接続されている。リード線８４６は、大気側カバー８４０の基端部に設けられた封口部材８４２に挿通されており、外部と接続されている。
【００１１】
図１５に示す酸素センサ８００では、ハウジング８２０と絶縁碍子８１３との間の気密性は、環状の金属パッキン８１９によって確保されている。また、絶縁碍子８１３とセンサ素子８１０との間の気密性は、ガラスシール部８５０によって確保されている。ガラスシール部８５０の形成は、センサ素子１０と絶縁碍子８１３との間の空間に充填されたガラス材料を熱処理によって溶融させた後に固化させることによって行われる。
【００１２】
上述したように、酸素センサ８００は、ガラスシール部８５０を含む気密構造を有している。ここで説明した酸素センサ８００は起電力型であるが、抵抗型の酸素センサも何らかの気密構造を有している。排気ガスは高温であり、有害な成分を含んでいるので、排気ガスが導入される空間（つまりセンサ素子の検出部が露出している空間）と、端子部やリード線が設けられている空間とを気密的に分離する必要があるからである。抵抗型の酸素センサの気密構造にも、ガラス材料から形成されたガラスシール部を用いることができる。
【特許文献１】特開平８−１１４５７１号公報
【特許文献２】特開平５−１８９２１号公報
【特許文献３】特許第３８００９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ガラスシール部を形成する際には、ガラス材料を十分に溶融させるために、熱処理を高温で長時間行う必要がある。そのため、ガラスシール部を含む気密構造を酸素センサに採用すると、センサ素子が熱によって劣化したり、酸素センサの製造に要する時間が長くなって製造コストが上昇したりしてしまう。また、このような問題は、酸素センサに特有のものではない。酸素センサ以外のガスセンサについても、ガラスシール部を含む気密構造を採用すると同様の問題が発生してしまう。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるガスセンサは、所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子と、その一端側に前記検出部が露出するように前記センサ素子が挿通配置されるハウジングと、ガラス材料から形成され、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部と、前記ガラスシール部に対して前記センサ素子の前記検出部とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材とを備える。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている。
【００１７】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは、前記ガラスシール部に対して前記第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備える。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは、前記センサ素子に接続された端子部をさらに備え、前記第１のセラミックス部材は、前記端子部が挿入される端子挿入孔を有する。
【００２１】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは酸素センサである。
【００２２】
本発明による空燃比制御装置は、上記構成を有するガスセンサを備える。
【００２３】
本発明による輸送機器は、上記構成を有する空燃比制御装置を備える。
【００２４】
本発明によるガスセンサの製造方法は、所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子を用意する工程と、前記センサ素子をハウジングに挿通する工程と、前記センサ素子と前記ハウジングとの間の空間にガラス材料を充填する工程と、前記ガラス材料を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部を形成する工程と、を包含するガスセンサの製造方法であって、前記ガラスシール部を形成する工程の前に、前記ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材を前記ガラス材料の上に配置する工程をさらに包含し、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記荷重部材によって前記ガラス材料に荷重を印加した状態で行われる。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記荷重部材を配置する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる。
【００２６】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサの製造方法は、前記センサ素子を用意する工程の後に、前記センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含し、前記センサ素子を前記ハウジングに挿通する工程において、前記センサ素子は前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通される。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記センサ素子を前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる。
【００２８】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間の間隙が、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きい。
【００２９】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサの製造方法は、前記ガラスシール部を形成する工程の後に、前記センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含し、前記端子部を接続する工程は、前記荷重部材に形成されている孔に前記端子部を挿入することによって行われる。
【００３０】
ある好適な実施形態において、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、９００℃以下の温度で行われる。
【００３１】
ある好適な実施形態において、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われる。
【００３２】
本発明によるガスセンサは、ガラスシール部に対してセンサ素子の検出部とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材を備えている。このような第１のセラミックス部材は、ガスセンサの製造工程において、ガラス材料に荷重を印加するための「荷重部材」として機能し得る。本発明によるガスセンサは、荷重部材として機能し得る第１のセラミックス部材を有しているので、ガラスシール部を形成する工程における熱処理を、ガラス材料に荷重を印加した状態で行うことができる。そのため、従来のようにガラス材料に荷重が印加されていない（つまり自重のみが印加されている）状態で熱処理を行う場合に比べ、溶融したガラス材料の流動を促進することができるので、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。
【００３３】
ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられていると、熱処理時にこの間隙に（つまり第１のセラミックス部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、第１のセラミックス部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、第１のセラミックス部材とガラスシール部との接合強度が向上する。また、このような所定の間隙が設けられていると、ガラス材料に荷重を印加する際に第１のセラミックス部材がハウジングに引っ掛かってガラス材料への荷重が不足することを防止できる。
【００３４】
本発明によるガスセンサは、ガラスシール部に対して第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備えていてもよい。このような第２のセラミックス部材は、ガスセンサの製造工程において、センサ素子が仮止めされる「仮止め部材」として機能し得る。本発明によるガスセンサが、「仮止め部材」として機能し得る第２のセラミックス部材を有していると、センサ素子をハウジングに挿通配置するときの軸方向の位置決めが容易となる。また、溶融したガラス材料がセンサ素子の検出部側へ漏れ出すことを防止しやすい。
【００３５】
ハウジングの内側側面と第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられていると、熱処理時にこの間隙に（つまり第２のセラミックス部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、第２のセラミックス部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、第２のセラミックス部材とガラスシール部との接合強度が向上する。
【００３６】
ハウジングの内側側面と第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、ハウジングの内側側面と第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きいことが好ましい。２つの間隙がこのような大小関係を満足していることによって、溶融したガラス材料が、ハウジングと第２のセラミックス部材との間の間隙よりも、ハウジングと第１のセラミックス部材との間の間隙へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料の漏れ出し（センサ素子の検出部側への漏れ出し）を防止することができる。
【００３７】
第１のセラミックス部材が、端子部が挿入される端子挿入孔を有していると、ハウジングにガラスシール部を介して一体化された第１のセラミックス部材によって端子部が保持されるので、ガスセンサに衝撃や振動が与えられたときのセンサ素子の折れを防止できる。
【００３８】
本発明は、ガスセンサ全般に広く用いることができ、例えば、酸素を検出する酸素センサに好適に用いることができる。本発明による酸素センサは、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に好適に用いられ、本発明による酸素センサを備えた空燃比制御装置は、各種の輸送機器に好適に用いられる。
【００３９】
本発明によるガスセンサの製造方法は、ガラスシール部を形成する工程の前に、ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材をガラス材料の上に配置する工程を包含し、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、荷重部材によってガラス材料に荷重を印加した状態で行われる。従って、熱処理の際に溶融したガラス材料の流動を促進することができ、そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。
【００４０】
荷重部材を配置する工程は、ハウジングの内側側面と荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われることが好ましい。このような所定の間隙が設けられることにより、熱処理時にこの間隙に（つまり荷重部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、荷重部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、荷重部材とガラスシール部との接合強度が向上する。また、このような所定の間隙が設けられていると、ガラス材料に荷重を印加する際に荷重部材がハウジングに引っ掛かってガラス材料への荷重が不足することを防止できる。
【００４１】
本発明によるガスセンサの製造方法は、センサ素子を用意する工程の後に、センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含してもよい。この場合、センサ素子をハウジングに挿通する工程において、センサ素子は仮止め部材ごとハウジングに挿通される。センサ素子を仮止め部材ごとハウジングに挿通することにより、センサ素子の軸方向の位置決めが容易となる。また、熱処理の際に溶融したガラス材料がセンサ素子の検出部側へ漏れ出すことを防止しやすい。
【００４２】
センサ素子を仮止め部材ごとハウジングに挿通する工程は、ハウジングの内側側面と仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われることが好ましい。このような所定の間隙が設けられることにより、熱処理時にこの間隙に（つまり仮止め部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、仮止め部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、仮止め部材とガラスシール部との接合強度が向上する。
【００４３】
ハウジングの内側側面と荷重部材の外側側面との間の間隙は、ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きいことが好ましい。２つの間隙がこのような大小関係を満足していることによって、溶融したガラス材料が、ハウジングと仮止め部材との間の間隙よりも、ハウジングと荷重部材との間の間隙へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料の漏れ出し（センサ素子の検出部側への漏れ出し）を防止することができる。
【００４４】
本発明によるガスセンサの製造方法が、ガラスシール部を形成する工程の後に、センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含している場合、端子部を接続する工程は、荷重部材に形成されている孔に端子部を挿入することによって行われることが好ましい。このようにして接続が行われると、ハウジングにガラスシール部を介して一体化された荷重部材によって端子部が保持されるので、ガスセンサに衝撃や振動が与えられたときのセンサ素子の折れを防止できる。
【００４５】
熱によるセンサ素子の劣化を十分に抑制する観点からは、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、９００℃以下の温度で行われることが好ましい。
【００４６】
また、センサ素子の劣化を十分に抑制するとともにガスセンサの製造に要する時間を十分に短縮する観点からは、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によると、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では酸素を検出するための酸素センサを例示するが、本発明は酸素センサに限定されず、ガラスシール部を備えたガスセンサ全般に好適に用いられる。
【００４９】
図１に、本実施形態における酸素センサ１００を示す。酸素センサ１００は、図１に示すように、センサ素子１０と、センサ素子１０が挿通配置されるハウジング２０とを備えている。
【００５０】
センサ素子１０は、所定のガス（ここでは酸素）を検出するための検出部１１と、検出部１１を支持する基板１２とを有する。センサ素子１０は、ハウジング２０の一端側（先端側）に検出部１１を露出するように（つまり検出部１１がハウジング２０から突出するように）配置されている。
【００５１】
センサ素子１０としては、酸素を検出し得る種々の素子を用いることができる。例えば、特許文献１に開示されているような起電力型のセンサ素子や、特許文献２に開示されているような抵抗型のセンサ素子を用いることができる。起電力型のセンサ素子は、空気に曝される基準極と排気ガスに曝される測定極との間での酸素分圧の違いを起電力として検出することによって酸素濃度を測定する。これに対し、抵抗型のセンサ素子は、排気ガスに接するように設けられた酸化物半導体層の抵抗率の変化を検出する。排気ガス中の酸素分圧が変化すると、酸化物半導体層中の酸素空孔濃度が変動するので、酸化物半導体層の抵抗率が変化する。従って、この抵抗率の変化を検出することにより、酸素濃度を測定することができる。
【００５２】
抵抗型のセンサ素子は、起電力型のセンサ素子のように基準極を必要としないので、センサ素子自体の構造を簡単にすることができる。そのため、酸素センサ１００の小型化の点からは、抵抗型のセンサ素子を用いることが好ましい。酸化物半導体層の材料としては、例えばチタニア（二酸化チタン）やセリア（ニ酸化セリウム）を用いることができる。
【００５３】
センサ素子１０の検出部１１は、センサ素子１０が起電力型である場合には、固体電解質層および電極を含み、センサ素子１０が抵抗型である場合には、酸化物半導体層および電極を含む。センサ素子１０の基板１２は、絶縁性を有する材料（例えばアルミナや窒化珪素などのセラミックス材料）から形成されており、検出部１１は、基板１２の先端部に設けられている。
【００５４】
ハウジング２０は、筒状である。ただし、ハウジング２０の内径は、軸方向において一定ではない。具体的には、ハウジング２０の内径は、ハウジング２０の先端側で小さく、基端側で大きい。つまり、ハウジング２０の内側をセンサ素子１０の挿通孔と考えたとき、このセンサ素子挿通孔は、ハウジング２０の先端側に小径部を有し、基端側に大径部を有している。
【００５５】
また、典型的には、ハウジング２０の外径も軸方向において一定ではない。ハウジング２０は、その外側側面に、ねじ山が形成されたねじ部２０ａ（ねじ山は図示していない）や、径方向に環状に突出した鍔部２０ｂを有している。ねじ部２０ａを排気管に形成されたねじ孔に螺合させることにより、酸素センサ１００を排気管に固定することができる。ハウジング２０は、典型的には、金属材料（例えばステンレス鋼）から形成されている。
【００５６】
ハウジング２０の先端側には、センサ素子１０の検出部１１を覆うようにカバー部材３０が設けられている。カバー部材３０は、内側カバー３１および外側カバー３２から構成された二重構造を有している。内側カバー３１および外側カバー３２のそれぞれには、排気ガスを内部に導入するための開口部（通気孔）３３が形成されている。排気管内を流れる排気ガスが検出部１１に直接当たらないように、内側カバー３１の開口部３３と外側カバー３２の開口部３３とは、径方向から見たときに互いに重ならないように配置されていることが好ましい。内側カバー３１および外側カバー３２は、ステンレス鋼などの金属材料から形成されており、ハウジング２０に例えば溶接によって接合されている。
【００５７】
また、ハウジング２０の基端側には、筒状部材４０と、筒状部材４０を封口する封口部材４２と、センサ素子１０に接続された端子部４４と、端子部４４を介してセンサ素子１０に電気的に接続されるリード線４６とが設けられている。
【００５８】
筒状部材４０は、ステンレス鋼などの金属材料から形成されており、例えば円筒状である。この筒状部材４０のハウジング２０から遠い方の端部に、封口部材４２が配置されている。
【００５９】
封口部材４２は、リード線４６および端子部４４が挿入される円柱状の貫通孔４２ａを有している。封口部材４２は、耐熱性樹脂から形成されている。耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂のような熱可塑性樹脂を用いてもよいし、フェノール樹脂のような熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００６０】
リード線４６は、金属材料（例えば銅）から形成されており、絶縁材料（ＰＴＦＥなどの樹脂）によって被覆されている。リード線４６は、蛇腹状の防水キャップ４８によってさらに覆われており、防水キャップ４８ごと貫通孔４２ａに挿通されている。防水キャップ４８は、フッ素ゴムやシリコンゴムなどから形成されている。
【００６１】
端子部４４は、ステンレスやニッケル合金などの金属材料から形成されており、センサ素子１０とリード線４６とを電気的に接続する。本実施形態における端子部４４は、封口部材４２の貫通孔４２ａに圧入固定されている。端子部４４のより具体的な構造の例を図２および図３に示す。
【００６２】
端子部４４は、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すような３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃが図３に示すように組み合わされて構成されている。より具体的には、端子部４４は、センサ素子１０に接続される第１端子４４ａと、封口部材４２の貫通孔４２ａに圧入される第２端子４４ｂと、リード線４６に接続される第３端子４４ｃとを有し、これらを図３に示すように溶接することにより形成されている。
【００６３】
端子部４４が有する３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃのうち、第２端子４４ｂは、略円柱状であり、封口部材４２の貫通孔４２ａよりも若干大きな外径を有している。このような第２端子４４ｂを含む端子部４４を貫通孔４２ａに圧入することにより、貫通孔４２ａがほぼ完全に閉塞される。また、この圧入により、封口部材４２の外径も本来の外径より若干大きくなる。つまり、筒状部材４０に対して封口部材４２が圧入固定された状態となる。そのため、筒状部材４０と封口部材４２との間もほぼ完全に閉塞される。
【００６４】
なお、本実施形態では、３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃから構成された端子部４４を例示したが、端子部４４の構造はこれに限定されるものではない。端子部４４は、封口部材４２の貫通孔４２ａよりも若干大きな外径を有する部分を含んでいればよく、一体に成形されていてもよいし、２つ、あるいは４つ以上の部材から構成されていてもよい。
【００６５】
本実施形態における酸素センサ１００は、図１に示すように、さらに、センサ素子１０をハウジング２０に対して固定するガラスシール部５０と、ガラスシール部５０に一端部が埋没している第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２とを備えている。ガラスシール部５０、第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、ハウジング２０の内径が大きい部分、つまり、ハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部内に配置されている。
【００６６】
ガラスシール部５０は、ガラス材料から形成されており、センサ素子１０とハウジング２０との間を気密封止する。ガラスシール部５０は、より具体的には、ガラス材料を熱処理によって溶融させ、その後固化させることによって形成されている。ガラス材料としては、封止材として公知の種々の材料を用いることができる。ガラスシール部５０が設けられていることにより、ハウジング２０の基端側、すなわち、封口部材４２や端子部４４、リード線４６の設けられている空間への排気ガスの侵入が防止される。
【００６７】
第１のセラミックス部材５１は、ガラスシール部５０に対してセンサ素子１０の検出部１１とは反対側に配置されている。また、第２のセラミックス部材５２は、ガラスシール部５０に対して第１のセラミックス部材５１とは反対側に配置されている。つまり、第１のセラミックス部材５１と第２のセラミックス部材５２とがガラスシール部５０を挟持するように配置されている。さらに言い換えると、ハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部内に、第２のセラミックス部材５２、ガラスシール部５０および第１のセラミックス部材５１がこの順で配置されている。第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、例えば図４（ａ）および（ｂ）に示すようにそれぞれ円柱状であり、センサ素子１０が挿通される孔５１ａおよび５２ａを有している。
【００６８】
既に述べたように、第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、その一端部がガラスシール部５０に埋没している。具体的には、第１のセラミックス部材５１の下端部がガラスシール部５０の上端部に埋もれた状態で接合されており、第２のセラミックス部材５２の上端部がガラスシール部５０の下端部に埋もれた状態で接合されている。
【００６９】
第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、耐熱性および絶縁性に優れたセラミックス材料（例えばアルミナ）から形成されている。後述するように、酸素センサ１００の製造工程において、第１のセラミックス部材５１は、ガラス材料に荷重を印加するための「荷重部材」として機能する。逆に言うと、第１のセラミックス部材５１は、荷重部材として機能した結果、その一端部がガラスシール部５０に埋没している。また、酸素センサ１００の製造工程において、第２のセラミックス部材５２は、センサ素子１０が仮止めされる「仮止め部材」として機能する。以下では、第１のセラミックス部材５１を「荷重部材」とも呼び、第２のセラミックス部材５２を「仮止め部材」とも呼ぶ。
【００７０】
図１中に拡大して示しているように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと荷重部材５１の外側側面５１ｓとの間には所定の間隙Ｃ1が設けられている。また、ハウジング２０の内側側面２０ｓと仮止め部材５２の外側側面５２ｓとの間にも所定の間隙Ｃ2が設けられている。ガラスシール部５０の一部は、これらの間隙Ｃ1およびＣ2内に突出している。
【００７１】
本実施形態における酸素センサ１００は、上述したように、荷重部材として機能する第１のセラミックス部材５１を有しているので、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理を、ガラス材料に荷重を印加した状態で行うことができる。そのため、従来のようにガラス材料に荷重が印加されていない（つまり自重のみが印加されている）状態で熱処理を行う場合に比べ、溶融したガラス材料の流動を促進することができるので、ガラスシール部５０を形成するための熱処理を低温化したり短時間化したりすることができる。
【００７２】
以下、本実施形態における酸素センサ１００の製造方法を図５、図６および図７を参照しながら具体的に説明する。図５、図６および図７は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【００７３】
まず、図５（ａ）に示すように、第１端子４４ａおよび第３端子４４ｃを第２端子４４ｂに溶接（例えば抵抗溶接）することによって、端子部４４を形成する。
【００７４】
次に、図５（ｂ）に示すように第３端子４４ｃをかしめることによってリード線４６と端子部４４とを接続した後、図５（ｃ）に示すようにリード線４６に防水キャップ４８を取り付ける。
【００７５】
続いて、図５（ｄ）に示すように、封口部材４２の貫通孔４２ａに端子部４４を圧入固定する。このときの圧入代（組み合わせ寸法差）は、端子部４４による貫通孔４２ａの閉塞が好適に行われるよう、適宜設定されている。つまり、端子部４４の第２端子４４ｂの外径は、圧入代が好ましい値となるように設定されている。圧入代は、例えば、０．１ｍｍ程度である。
【００７６】
その後、図５（ｅ）に示すように、筒状部材４０に封口部材４２を圧入固定する。このときの圧入代は、封口部材４２による筒状部材４０の閉塞が好適に行われるよう、適宜設定されている。つまり、封口部材４２の外径は、圧入代が好ましい値となるように設定されている。圧入代は、例えば、０．１ｍｍ程度である。
【００７７】
上述したようにしてリード線４６を含むアセンブリ（以下では単に「リード線アセンブリ」と呼ぶ。）を作製したのとは別途に、以下のようにしてセンサ素子１０を含むアセンブリ（以下では単に「センサ素子アセンブリ」と呼ぶ。）を作製する。
【００７８】
まず、検出部１１および基板１２を含むセンサ素子１０を用意する。センサ素子１０としては、既に述べたように公知の種々の素子を用いることができる。
【００７９】
次に、図６（ａ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に挿通した後、図６（ｂ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に仮止めする。仮止めは、例えば、無機接着剤やガラスペーストによって行われる。
【００８０】
続いて、図６（ｃ）に示すように、センサ素子１０をハウジング２０に挿通する。このとき、センサ素子１０は、検出部１１がハウジング２０の一端側に露出するように配置される。本実施形態では、センサ素子１０は予め仮止め部材５２に仮止めされているので、この工程において、センサ素子１０は仮止め部材５２ごとハウジング２０に挿通される。仮止め部材５２がハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部と小径部との境界（大径部の底に相当する部分）で係止されることにより、センサ素子１０の軸方向における位置決めがなされる。また、この工程は、図１中に拡大して示したように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと仮止め部材５２の外側側面５２ｓとの間に所定の間隙Ｃ2が設けられるように行われる。つまり、仮止め部材５２の外径は、ハウジング２０と仮止め部材５２との間に所定の間隙Ｃ2（例えば０．０５ｍｍ）が形成されるように設定されている。
【００８１】
その後、図６（ｄ）に示すように、仮止め部材５２の上、すなわち、センサ素子１０とハウジング２０との間の空間にガラス材料５０’を充填する。ガラス材料５０’としては、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ2−ＭｇＯ系ガラス材料やＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3系ガラス材料、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＭｇＯ系ガラス材料などを用いることができる。また、ガラス材料５０’は、粉体であってもよいし、ペレット状やペースト状であってもよい。
【００８２】
次に、図６（ｅ）に示すように、ガラス材料５０’に荷重を印加するための荷重部材５１をガラス材料５０’の上に配置する。この工程は、図１中に拡大して示したように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと荷重部材５１の外側側面５１ｓとの間に所定の間隙Ｃ1が設けられるように行われる。つまり、荷重部材５１の外径は、ハウジング２０と荷重部材５１との間に所定の間隙Ｃ1（例えば０．１ｍｍ）が形成されるように設定されている。
【００８３】
続いて、図７（ａ）に示すように、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加する。例えば図示しているように、荷重部材５１の上にセラミックス製の錘２を載せることによって、荷重部材５１を介してガラス材料５０’に荷重を印加することができる。勿論、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加できる限り、どのような手法であってもよく、例示したように錘２を載せる手法に限定されるものではない。後述する熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を十分に促進するためには、ガラス材料５０’に印加される単位面積当たりの荷重（つまり圧力）は、１００００Ｐａ以上であることが好ましく、１５０００Ｐａ以上であることがより好ましい。
【００８４】
次に、ガラス材料５０’を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、図７（ｂ）に示すようにガラスシール部５０を形成する。この工程における熱処理は、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加したままの状態で行われる。熱処理は、例えば８００℃〜９００℃の温度に保持された加熱炉内で１５分〜１時間行われる。この工程において、溶融したガラス材料５０’に荷重部材５１が沈み込むので、ガラスシール部５０が完成したハウジング２０内で荷重部材５１の一端部（下端部）はガラスシール部５０に埋没している。また、この工程において、溶融したガラス材料５０’がハウジング２０と仮止め部材５２との間に流れ込むので、ガラスシール部５０が完成したハウジング２０内で仮止め部材５２の一端部（上端部）はガラスシール部５０に埋没している。
【００８５】
続いて、図７（ｃ）に示すように、内側カバー３１および外側カバー３２を含むカバー部材３０をハウジング２０に取り付ける。この取り付けは、例えば、溶接により行われる。このようにして、センサ素子アセンブリが完成する。
【００８６】
その後、図７（ｄ）に示すように、センサ素子アセンブリにリード線アセンブリを取り付ける。このとき、２つの端子部４４の第１端子４４ａ間にセンサ素子１０の端部（検出部１１が設けられているのとは反対側の端部）が挿入されることによって、第１端子４４ａとセンサ素子１０とが接続される。また、センサ素子アセンブリのハウジング２０とリード線アセンブリの筒状部材４０とは、水密性を確保するために溶接（例えばレーザー溶接）される。このようにして、酸素センサ１００が完成する。
【００８７】
上述したように、本実施形態における酸素センサ１００の製造方法では、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理が、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加した状態で行われるので、熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を促進することができる。そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。従来の手法、すなわち、ガラス材料には荷重が印加されず、自重のみが印加されている状態で熱処理が行われる手法では、溶融したガラス材料の流動性を十分に高くするために、典型的には熱処理を９５０℃以上の温度で１時間以上行う必要があった。本実施形態の製造方法では、これよりも熱処理を低温および／または短時間で行うことができる。
【００８８】
熱によるセンサ素子１０の劣化を十分に抑制する観点からは、熱処理は、９００℃以下で行われることが好ましく、８５０℃以下で行われることがより好ましい。また、センサ素子１０の劣化を十分に抑制するとともに酸素センサ１００の製造に要する時間を十分に短縮する観点からは、熱処理は、ガラス材料５０’が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われることが好ましく、３０分以下であるように行われることがより好ましい。
【００８９】
なお、本実施形態では、ハウジング２０と荷重部材５１との間に所定の間隙Ｃ1が設けられているが、これらの間に実質的な間隙が存在しなくてもよい。本実施形態のように所定の間隙Ｃ1を設けると、熱処理時にこの間隙Ｃ1に（つまり荷重部材５１の外周に）ガラス材料５０’が流れ込むので、荷重部材５１とガラスシール部５０との接触する面積が大きくなり、荷重部材５１とガラスシール部５０との接合強度が向上する。また、ハウジング２０と荷重部材５１との間に実質的な間隙が存在しない場合には、荷重を印加する際に荷重部材５１の外側側面５１ｓがハウジング２０の内側側面２０ｓに接触して（つまり荷重部材５１がハウジング２０に引っ掛かって）荷重の印加を好適に行えないことがあるが、本実施形態のように所定の間隙Ｃ1を設けることにより、そのような荷重部材５１の引っ掛かりを防止することができる。荷重部材５１とガラスシール部５０との接合強度を十分に向上させ、荷重部材５１のハウジング２０への引っ掛かりを十分に抑制するためには、ハウジング２０と荷重部材５１との間の間隙Ｃ1は、具体的には０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９０】
同様に、仮止め部材５２とガラスシール部５０との接合強度を向上させる点からは、本実施形態のように、ハウジング２０と仮止め部材５２との間に所定の間隙Ｃ2が設けられていることが好ましく、この間隙Ｃ2は、具体的には０．１ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、ハウジング２０と仮止め部材５２との間の間隙Ｃ2にガラス材料５０’が過度に流れ込むと、センサ素子１０の先端側へガラス材料５０’が漏れ出す可能性があるので、ハウジング２０と荷重部材５１との間の間隙Ｃ1が、ハウジング２０と仮止め部材５２のとの間の間隙Ｃ2よりも大きい（具体的には０．１ｍｍ以上大きい）ことが好ましい。間隙Ｃ1およびＣ2がこのような大小関係を満足していると、溶融したガラス材料５０’が後者の間隙Ｃ2よりも前者の間隙Ｃ1へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料５０’の漏れ出しを防止することができる。
【００９１】
また、本実施形態では、第１のセラミックス部材５１が「荷重部材」として機能し、第２のセラミックス部材５２が「仮止め部材」として機能するが、荷重部材および仮止め部材の材料はセラミックスに限定されるものではない。ただし、荷重部材および仮止め部材の材料は、耐熱性および絶縁性に優れていることが好ましいので、セラミックス製の部材を「荷重部材」や「仮止め部材」として用いることが特に好ましい。
【００９２】
なお、仮止め部材（第２のセラミックス部材）５２を省略してもよい。本実施形態のように仮止め部材５２を設けると、センサ素子１０を挿通配置するときの軸方向の位置決めや、溶融したガラス材料５０’の漏れ出しを防止することが容易となる。
【００９３】
続いて、図８を参照しながら、本実施形態における他の酸素センサ２００を説明する。
【００９４】
図８に示す酸素センサ２００は、荷重部材５１が、端子部４４が挿入される端子挿入孔５１ｂを有する点において、図１などに示した酸素センサ１００と異なっている。端子部４４とセンサ素子１０とは、荷重部材５１の端子挿入孔５１ｂ内で接続されている。例えば、ばね性を有する端子部４４の先端部を端子挿入孔５１ｂに挿入することにより、端子部４４の先端部がセンサ素子１０に当接され、そのことによってセンサ素子１０と端子部４４とが接続されている。
【００９５】
また、酸素センサ２００では、封口部材４２にはリード線４６のみが挿通されており、端子部４４は圧入固定されていない。酸素センサ２００の封口部材４２は、ゴム材料（例えばフッ素ゴム）から形成されており、筒状部材４０の一部（封口部材４２が配置されている部分）４０ａを内側にかしめることによって、リード線４６が固定されるとともに、筒状部材４０が封口されている。
【００９６】
酸素センサ２００では、上述したように荷重部材５１に端子挿入孔５１ｂが設けられているので、端子部４４は荷重部材５１によって保持される。荷重部材５１は、既に述べたことからもわかるようにガラスシール部５０を介してハウジング２０に一体化されているので、酸素センサ２００の端子部４４は、ハウジング２０に一体化された部材（荷重部材５１）によって保持されている。
【００９７】
図１５に示した酸素センサ８００のように、端子部８４４がハウジング８２０とは別体の部材（大気側絶縁碍子８１５）で保持されていると、酸素センサ８００に衝撃や振動が与えられたときにセンサ素子８１０に曲げ応力が発生し、センサ素子８１０が折れてしまうことがある。図８に示した酸素センサ２００のように、荷重部材５１が端子挿入孔５１ｂを有していると、ハウジング２０に一体化された荷重部材５１によって端子部４４が保持されるので、センサ素子１０の折れに起因した製品不良の発生を防止できる。
【００９８】
続いて、酸素センサ２００の製造方法を図９、図１０および図１１を参照しながら具体的に説明する。図９、図１０および図１１は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【００９９】
まず、検出部１１および基板１２を含むセンサ素子１０を用意し、次に、図９（ａ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に挿通する。その後、図９（ｂ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に仮止めする。
【０１００】
続いて、図９（ｃ）に示すようにセンサ素子１０をハウジング２０に挿通し、その後、図９（ｄ）に示すように、仮止め部材５２の上、すなわち、センサ素子１０とハウジング２０との間の空間にガラス材料５０’を充填する。
【０１０１】
次に、図１０（ａ）に示すように、ガラス材料５０’に荷重を印加するための荷重部材５１をガラス材料５０’の上に配置する。このとき用意される荷重部材５１には、所定の大きさの端子挿入孔５１ｂが形成されている。
【０１０２】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加する。ここでは図示しているように、荷重部材５１の上にセラミックス製の錘２を載せることによって、荷重部材５１を介してガラス材料５０’に荷重を印加する。
【０１０３】
次に、ガラス材料５０’を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、図１０（ｃ）に示すようにガラスシール部５０を形成する。この工程における熱処理は、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加したままの状態で行われる。続いて、図１０（ｄ）に示すように、内側カバー３１および外側カバー３２を含むカバー部材３０をハウジング２０に取り付ける。
【０１０４】
その後、図１１（ａ）に示すように、センサ素子１０に端子部４４を接続する。具体的には、リード線４６に接続された端子部４４を用意し、この端子部４４を荷重部材５１に形成されている端子挿入孔５１ｂに挿入することによって接続を行う。端子挿入孔５１ｂ内で端子部４４とセンサ素子１０とを電気的に接続する手法としては、例えば、既に述べたようにばね性を有する端子部４４の先端部をセンサ素子１０に当接させる手法を用いることができるが、勿論これに限定されるものではない。
【０１０５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ハウジング２０の端部に筒状部材４０を取り付ける。筒状部材４０とハウジング２０とは、水密性を確保するために溶接（例えばレーザー溶接）される。
【０１０６】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、筒状部材４０内に封口部材４２を挿入する。このとき、封口部材４２にリード線４６が挿通される。
【０１０７】
その後、図１１（ｄ）に示すように、筒状部材４０の封口部材４２が配置された部分４０ａを内方にかしめることによって、筒状部材４０の封口を行う。このようにして、酸素センサ２００が完成する。
【０１０８】
酸素センサ２００の製造方法においても、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理が、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加した状態で行われるので、熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を促進することができ、そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。
【０１０９】
図１２に、本実施形態におけるさらに他の酸素センサ３００を示す。図１２に示す酸素センサ３００は、仮止め部材５２が、コップ状に形成され、ガラスシール部５０および荷重部材５１を収容するガラスホルダである点において、図８に示した酸素センサ２００と異なっている。
【０１１０】
酸素センサ３００では、ガラスシール部５０は、センサ素子１０とガラスホルダ５２との間を気密封止している。また、ガラスホルダ５２とハウジング２０との間には、環状のパッキン５３が設けられており、ガラスホルダ５２とハウジング２０との間の気密性は、このパッキン５３によって保たれている。
【０１１１】
このように、ガラスシール部５０は、必ずしも図１や図８に示したようにセンサ素子１０とハウジング２０との間を気密封止する必要はなく、センサ素子１０と他の部材との間を気密封止し、そのことによってセンサ素子１０をハウジング２０に対して直接または間接的に固定できるものであればよい。
【０１１２】
本実施形態における酸素センサ１００、２００および３００は、ガラスシール部５０を形成する際の熱処理に起因したセンサ素子１０の劣化が少なく、優れた性能を有しているので、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素の検出に好適に用いられる。
【０１１３】
図１３に、本実施形態における酸素センサ１００を備えた自動二輪車５００を模式的に示す。自動二輪車５００は、本体フレーム５０１と内燃機関６００とを備える。本体フレーム５０１の前端にヘッドパイプ５０２が設けられている。ヘッドパイプ５０２にはフロントフォーク５０３が左右方向に揺動可能に設けられている。また、フロントフォーク５０３の下端に前輪５０４が回転可能に支持されている。ヘッドパイプ５０２の上端にはハンドル５０５が取り付けられている。
【０１１４】
本体フレーム５０１の後端上部から後方に伸びるようにシートレール５０６が取り付けられている。本体フレーム５０１の上部には燃料タンク５０７が設けられ、シートレール５０６上にメインシート５０８ａおよびタンデムシート５０８ｂが設けられている。また、本体フレーム５０１の後端に後方へ伸びるリアアーム５０９が取り付けられている。リアアーム５０９の後端に後輪５１０が回転可能に支持されている。
【０１１５】
本体フレーム５０１の中央部には内燃機関６００が保持されている。内燃機関６００の前部にはラジエター５１１が取り付けられている。内燃機関６００の排気ポートには排気管６３０が接続されている。排気管６３０には、酸素センサ１００、三元系触媒６０４および消音器６０６が設けられている。酸素センサ１００は、排気管６３０内を流れる排気ガス中の酸素を検出する。
【０１１６】
内燃機関６００には、変速機５１５が連結されており、変速機５１５の出力軸５１６は駆動スプロケット５１７に取り付けられている。駆動スプロケット５１７はチェーン５１８を介して後輪５１０の後輪スプロケット５１９に連結されている。
【０１１７】
図１４は、内燃機関６００の制御系の主要な構成を示している。内燃機関６００のシリンダ６０１には吸気弁６１０、排気弁６０６および点火プラグ６０８が設けられている。またエンジンを冷却する冷却水の水温を計測する水温センサ６１６が設けられている。吸気弁６１０は、空気吸入口をもつ吸気管６２２に接続されている。吸気管６２２にはエアーフローメータ６１２、スロットルバルブのスロットルセンサ６１４および燃料噴射装置６１１が設けられている。
【０１１８】
エアーフローメータ６１２、スロットルセンサ６１４、燃料噴射装置６１１、水温センサ６１６、点火プラグ６０８および酸素センサ１００は、制御部であるコンピュータ６１８に接続されている。コンピュータ６１８には自動二輪車５００の速度を示す車速信号６２０も入力される。
【０１１９】
図示しないセルモータによって、ライダーが内燃機関６００を始動させると、コンピュータ６１８はエアーフローメータ６１２、スロットルセンサ６１４および水温センサ６１６から得られる検出信号および車速信号６２０に基づき、最適な燃料量を計算し、計算結果に基づいて、燃料噴射装置６１１へ制御信号を出力する。燃料噴射装置６１１から噴射される燃料は、吸気管６２２から供給される空気と混合され、適切なタイミングで開閉される吸気バルブ６１０を介してシリンダ６０１へ噴出される。シリンダ６０１において噴出された燃料は燃焼し、排気ガスとなって排気弁６０６を介して排気管６３０へ導かれる。
【０１２０】
酸素センサ１００は排気ガス中の酸素を検出し、検出信号をコンピュータ６１８へ出力する。コンピュータ６１８は、酸素センサ１００からの信号に基づき、空燃比が理想空燃比からどの程度ずれているかを判断する。そして、フローメター６１２およびスロットルセンサ６１４から得られる信号によって定まる空気量に対して、理想空燃比となるように燃料噴射装置６１１から噴出する燃料量を制御する。このように、酸素センサ１００と、酸素センサ１００に接続されたコンピュータ（制御部）６１８とを含む空燃比制御装置によって、内燃機関の空燃比が適切に制御される。
【０１２１】
なお、本実施形態では、自動二輪車を例示して説明を行ったが、本実施形態における酸素センサ１００は、四輪自動車などの他の自動車両にも用いられる。内燃機関は、ガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであってもよい。
【０１２２】
また、本実施形態では、酸素センサを例として本発明を説明したが、本発明は、酸素センサに限定されず、種々のガスを検出するためのセンサに好適に用いられる。例えば、本発明は、ＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサにも好適に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明によると、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。本発明は、酸素センサをはじめとする種々のガスセンサに好適に用いられる。
【０１２４】
本発明によるガスセンサは、乗用車、バス、トラック、オートバイ、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両などの種々の輸送機器用の空燃比制御装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の好適な実施形態における酸素センサ１００を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、酸素センサ１００の第１端子、第２端子および第３端子を模式的に示す斜視図である。
【図３】酸素センサ１００の端子部を模式的に示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、酸素センサ１００の荷重部材および仮止め部材を模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図８】本発明の好適な実施形態における他の酸素センサ２００を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１２】本発明の好適な実施形態におけるさらに他の酸素センサ３００を模式的に示す断面図である。
【図１３】酸素センサ１００を備えた自動二輪車５００を模式的に示す側面図である。
【図１４】図１３に示す自動二輪車５００における内燃機関の制御系を模式的に示す図である。
【図１５】従来の酸素センサ８００を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ センサ素子
１１ 検出部
１２ 基板
２０ ハウジング
３０ カバー部材
３１ 内側カバー
３２ 外側カバー
４０ 筒状部材
４２ 封口部材
４４ 端子部
４６ リード線
４８ 防水キャップ
５０ ガラスシール部
５１ 荷重部材（第１のセラミックス部材）
５１ｂ 端子挿入孔
５２ 仮止め部材（第２のセラミックス部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスシール部を備えたガスセンサおよびその製造方法に関する。また、本発明は、そのようなガスセンサを備えた空燃比制御装置や輸送機器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題やエネルギー問題の観点から、内燃機関の燃費を向上させたり、内燃機関の排気ガス中に含まれる規制物質（ＮＯｘなど）の排出量を低減したりすることが求められている。このためには、常に最適な条件で燃料の燃焼が行えるよう、燃焼状態に応じて燃料と空気との比率を適切に制御する必要がある。空気と燃料との比率は空燃比（Ａ／Ｆ）と呼ばれ、三元触媒を用いる場合、最適な空燃比は理論空燃比である。理論空燃比とは、空気と燃料とが過不足なく燃焼する空燃比である。
【０００３】
理論空燃比で燃料が燃焼している場合、排気ガス中には一定の酸素が含まれる。空燃比が理論空燃比よりも小さい（つまり燃料の濃度が相対的に高い）場合には、排気ガス中の酸素濃度が、理論空燃比の場合の酸素濃度に比べて減少する。一方、空燃比が理論空燃比よりも大きい（つまり燃料の濃度が相対的に低い）場合には、排気ガス中の酸素濃度は増加する。このため、排気ガス中の酸素濃度を計測することによって、空燃比が理論空燃比からどの程度ずれているかを推定し、空燃比を調節して最適な条件で燃料が燃焼するように制御することが可能となる。
【０００４】
排気ガス中の酸素濃度を計測するための酸素センサとしては、特許文献１に開示されているような起電力型の酸素センサや、特許文献２に開示されているような抵抗型の酸素センサが知られている。起電力型の酸素センサは、固体電解質層の表面に設けられた基準電極および測定電極（それぞれ空気および排気ガスに曝される）間での酸素分圧の違いを起電力として検出することによって酸素濃度を測定する。これに対し、抵抗型の酸素センサは、排気ガスに曝される酸化物半導体層の抵抗率の変化を検出することによって酸素濃度を測定する。
【０００５】
起電力型の酸素センサでは、基準電極側と測定電極側とを気密的に分離する構造が必要である。このような構造の１つとして、特許文献３には、ガラス材料を溶融固化させることによって形成されたガラスシール部を含む気密構造が提案されている。
【０００６】
図１５に、特許文献３に開示されている起電力型酸素センサ８００を示す。この酸素センサ８００は、センサ素子８１０と、センサ素子８１０が挿通される筒状の絶縁碍子８１３と、絶縁碍子８１３を収容する筒状のハウジング８２０とを備えている。ハウジング８２０の基端側には、内部に大気が導入される大気側カバー８４０が設けられている。また、ハウジング８２０の先端側には、内部に測定対象であるガス（つまり排気ガス）が導入される測定ガス側カバー８３０が設けられている。
【０００７】
測定ガス側カバー８３０は、内側カバー８３１と外側カバー８３２とを含む二重構造を有している。内側カバー８３１および外側カバー８３２のそれぞれには、測定ガスを内部に導入するための開口部８３３が形成されている。
【０００８】
また、大気側カバー８４０の基端側の外周面には、撥水フィルタ８４３を介してさらにカバー８４５が設けられている。このカバー８４５と大気側カバー８４０には、大気を内部に導入するための開口部８４７が形成されている。
【０００９】
絶縁碍子８１３の基端側には、さらなる絶縁碍子（大気側絶縁碍子）８１５が配置されており、大気側絶縁碍子８１５と大気側カバー８４０との間には皿バネ８１７が設けられている。大気側絶縁碍子８１５の内部で、センサ素子８１０と端子部８４４とが接続されている。
【００１０】
また、端子部８４４は、大気側絶縁碍子８１５の外部において、リード線８４６に接続されている。リード線８４６は、大気側カバー８４０の基端部に設けられた封口部材８４２に挿通されており、外部と接続されている。
【００１１】
図１５に示す酸素センサ８００では、ハウジング８２０と絶縁碍子８１３との間の気密性は、環状の金属パッキン８１９によって確保されている。また、絶縁碍子８１３とセンサ素子８１０との間の気密性は、ガラスシール部８５０によって確保されている。ガラスシール部８５０の形成は、センサ素子１０と絶縁碍子８１３との間の空間に充填されたガラス材料を熱処理によって溶融させた後に固化させることによって行われる。
【００１２】
上述したように、酸素センサ８００は、ガラスシール部８５０を含む気密構造を有している。ここで説明した酸素センサ８００は起電力型であるが、抵抗型の酸素センサも何らかの気密構造を有している。排気ガスは高温であり、有害な成分を含んでいるので、排気ガスが導入される空間（つまりセンサ素子の検出部が露出している空間）と、端子部やリード線が設けられている空間とを気密的に分離する必要があるからである。抵抗型の酸素センサの気密構造にも、ガラス材料から形成されたガラスシール部を用いることができる。
【特許文献１】特開平８−１１４５７１号公報
【特許文献２】特開平５−１８９２１号公報
【特許文献３】特許第３８００９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ガラスシール部を形成する際には、ガラス材料を十分に溶融させるために、熱処理を高温で長時間行う必要がある。そのため、ガラスシール部を含む気密構造を酸素センサに採用すると、センサ素子が熱によって劣化したり、酸素センサの製造に要する時間が長くなって製造コストが上昇したりしてしまう。また、このような問題は、酸素センサに特有のものではない。酸素センサ以外のガスセンサについても、ガラスシール部を含む気密構造を採用すると同様の問題が発生してしまう。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によるガスセンサは、所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子と、その一端側に前記検出部が露出するように前記センサ素子が挿通配置されるハウジングと、ガラス材料から形成され、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部と、前記ガラスシール部に対して前記センサ素子の前記検出部とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材とを備える。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている。
【００１７】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは、前記ガラスシール部に対して前記第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備える。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている。
【００１９】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きい。
【００２０】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは、前記センサ素子に接続された端子部をさらに備え、前記第１のセラミックス部材は、前記端子部が挿入される端子挿入孔を有する。
【００２１】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサは酸素センサである。
【００２２】
本発明による空燃比制御装置は、上記構成を有するガスセンサを備える。
【００２３】
本発明による輸送機器は、上記構成を有する空燃比制御装置を備える。
【００２４】
本発明によるガスセンサの製造方法は、所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子を用意する工程と、前記センサ素子をハウジングに挿通する工程と、前記センサ素子と前記ハウジングとの間の空間にガラス材料を充填する工程と、前記ガラス材料を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部を形成する工程と、を包含するガスセンサの製造方法であって、前記ガラスシール部を形成する工程の前に、前記ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材を前記ガラス材料の上に配置する工程をさらに包含し、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記荷重部材によって前記ガラス材料に荷重を印加した状態で行われる。
【００２５】
ある好適な実施形態において、前記荷重部材を配置する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる。
【００２６】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサの製造方法は、前記センサ素子を用意する工程の後に、前記センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含し、前記センサ素子を前記ハウジングに挿通する工程において、前記センサ素子は前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通される。
【００２７】
ある好適な実施形態において、前記センサ素子を前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる。
【００２８】
ある好適な実施形態において、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間の間隙が、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きい。
【００２９】
ある好適な実施形態において、本発明によるガスセンサの製造方法は、前記ガラスシール部を形成する工程の後に、前記センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含し、前記端子部を接続する工程は、前記荷重部材に形成されている孔に前記端子部を挿入することによって行われる。
【００３０】
ある好適な実施形態において、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、９００℃以下の温度で行われる。
【００３１】
ある好適な実施形態において、前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われる。
【００３２】
本発明によるガスセンサは、ガラスシール部に対してセンサ素子の検出部とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材を備えている。このような第１のセラミックス部材は、ガスセンサの製造工程において、ガラス材料に荷重を印加するための「荷重部材」として機能し得る。本発明によるガスセンサは、荷重部材として機能し得る第１のセラミックス部材を有しているので、ガラスシール部を形成する工程における熱処理を、ガラス材料に荷重を印加した状態で行うことができる。そのため、従来のようにガラス材料に荷重が印加されていない（つまり自重のみが印加されている）状態で熱処理を行う場合に比べ、溶融したガラス材料の流動を促進することができるので、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。
【００３３】
ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられていると、熱処理時にこの間隙に（つまり第１のセラミックス部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、第１のセラミックス部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、第１のセラミックス部材とガラスシール部との接合強度が向上する。また、このような所定の間隙が設けられていると、ガラス材料に荷重を印加する際に第１のセラミックス部材がハウジングに引っ掛かってガラス材料への荷重が不足することを防止できる。
【００３４】
本発明によるガスセンサは、ガラスシール部に対して第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部がガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備えていてもよい。このような第２のセラミックス部材は、ガスセンサの製造工程において、センサ素子が仮止めされる「仮止め部材」として機能し得る。本発明によるガスセンサが、「仮止め部材」として機能し得る第２のセラミックス部材を有していると、センサ素子をハウジングに挿通配置するときの軸方向の位置決めが容易となる。また、溶融したガラス材料がセンサ素子の検出部側へ漏れ出すことを防止しやすい。
【００３５】
ハウジングの内側側面と第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられていると、熱処理時にこの間隙に（つまり第２のセラミックス部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、第２のセラミックス部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、第２のセラミックス部材とガラスシール部との接合強度が向上する。
【００３６】
ハウジングの内側側面と第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、ハウジングの内側側面と第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きいことが好ましい。２つの間隙がこのような大小関係を満足していることによって、溶融したガラス材料が、ハウジングと第２のセラミックス部材との間の間隙よりも、ハウジングと第１のセラミックス部材との間の間隙へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料の漏れ出し（センサ素子の検出部側への漏れ出し）を防止することができる。
【００３７】
第１のセラミックス部材が、端子部が挿入される端子挿入孔を有していると、ハウジングにガラスシール部を介して一体化された第１のセラミックス部材によって端子部が保持されるので、ガスセンサに衝撃や振動が与えられたときのセンサ素子の折れを防止できる。
【００３８】
本発明は、ガスセンサ全般に広く用いることができ、例えば、酸素を検出する酸素センサに好適に用いることができる。本発明による酸素センサは、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に好適に用いられ、本発明による酸素センサを備えた空燃比制御装置は、各種の輸送機器に好適に用いられる。
【００３９】
本発明によるガスセンサの製造方法は、ガラスシール部を形成する工程の前に、ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材をガラス材料の上に配置する工程を包含し、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、荷重部材によってガラス材料に荷重を印加した状態で行われる。従って、熱処理の際に溶融したガラス材料の流動を促進することができ、そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。
【００４０】
荷重部材を配置する工程は、ハウジングの内側側面と荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われることが好ましい。このような所定の間隙が設けられることにより、熱処理時にこの間隙に（つまり荷重部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、荷重部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、荷重部材とガラスシール部との接合強度が向上する。また、このような所定の間隙が設けられていると、ガラス材料に荷重を印加する際に荷重部材がハウジングに引っ掛かってガラス材料への荷重が不足することを防止できる。
【００４１】
本発明によるガスセンサの製造方法は、センサ素子を用意する工程の後に、センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含してもよい。この場合、センサ素子をハウジングに挿通する工程において、センサ素子は仮止め部材ごとハウジングに挿通される。センサ素子を仮止め部材ごとハウジングに挿通することにより、センサ素子の軸方向の位置決めが容易となる。また、熱処理の際に溶融したガラス材料がセンサ素子の検出部側へ漏れ出すことを防止しやすい。
【００４２】
センサ素子を仮止め部材ごとハウジングに挿通する工程は、ハウジングの内側側面と仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われることが好ましい。このような所定の間隙が設けられることにより、熱処理時にこの間隙に（つまり仮止め部材の外周に）ガラス材料が流れ込むので、仮止め部材とガラスシール部との接触する面積が大きくなり、仮止め部材とガラスシール部との接合強度が向上する。
【００４３】
ハウジングの内側側面と荷重部材の外側側面との間の間隙は、ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きいことが好ましい。２つの間隙がこのような大小関係を満足していることによって、溶融したガラス材料が、ハウジングと仮止め部材との間の間隙よりも、ハウジングと荷重部材との間の間隙へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料の漏れ出し（センサ素子の検出部側への漏れ出し）を防止することができる。
【００４４】
本発明によるガスセンサの製造方法が、ガラスシール部を形成する工程の後に、センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含している場合、端子部を接続する工程は、荷重部材に形成されている孔に端子部を挿入することによって行われることが好ましい。このようにして接続が行われると、ハウジングにガラスシール部を介して一体化された荷重部材によって端子部が保持されるので、ガスセンサに衝撃や振動が与えられたときのセンサ素子の折れを防止できる。
【００４５】
熱によるセンサ素子の劣化を十分に抑制する観点からは、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、９００℃以下の温度で行われることが好ましい。
【００４６】
また、センサ素子の劣化を十分に抑制するとともにガスセンサの製造に要する時間を十分に短縮する観点からは、ガラスシール部を形成する工程における熱処理は、ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によると、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では酸素を検出するための酸素センサを例示するが、本発明は酸素センサに限定されず、ガラスシール部を備えたガスセンサ全般に好適に用いられる。
【００４９】
図１に、本実施形態における酸素センサ１００を示す。酸素センサ１００は、図１に示すように、センサ素子１０と、センサ素子１０が挿通配置されるハウジング２０とを備えている。
【００５０】
センサ素子１０は、所定のガス（ここでは酸素）を検出するための検出部１１と、検出部１１を支持する基板１２とを有する。センサ素子１０は、ハウジング２０の一端側（先端側）に検出部１１を露出するように（つまり検出部１１がハウジング２０から突出するように）配置されている。
【００５１】
センサ素子１０としては、酸素を検出し得る種々の素子を用いることができる。例えば、特許文献１に開示されているような起電力型のセンサ素子や、特許文献２に開示されているような抵抗型のセンサ素子を用いることができる。起電力型のセンサ素子は、空気に曝される基準極と排気ガスに曝される測定極との間での酸素分圧の違いを起電力として検出することによって酸素濃度を測定する。これに対し、抵抗型のセンサ素子は、排気ガスに接するように設けられた酸化物半導体層の抵抗率の変化を検出する。排気ガス中の酸素分圧が変化すると、酸化物半導体層中の酸素空孔濃度が変動するので、酸化物半導体層の抵抗率が変化する。従って、この抵抗率の変化を検出することにより、酸素濃度を測定することができる。
【００５２】
抵抗型のセンサ素子は、起電力型のセンサ素子のように基準極を必要としないので、センサ素子自体の構造を簡単にすることができる。そのため、酸素センサ１００の小型化の点からは、抵抗型のセンサ素子を用いることが好ましい。酸化物半導体層の材料としては、例えばチタニア（二酸化チタン）やセリア（ニ酸化セリウム）を用いることができる。
【００５３】
センサ素子１０の検出部１１は、センサ素子１０が起電力型である場合には、固体電解質層および電極を含み、センサ素子１０が抵抗型である場合には、酸化物半導体層および電極を含む。センサ素子１０の基板１２は、絶縁性を有する材料（例えばアルミナや窒化珪素などのセラミックス材料）から形成されており、検出部１１は、基板１２の先端部に設けられている。
【００５４】
ハウジング２０は、筒状である。ただし、ハウジング２０の内径は、軸方向において一定ではない。具体的には、ハウジング２０の内径は、ハウジング２０の先端側で小さく、基端側で大きい。つまり、ハウジング２０の内側をセンサ素子１０の挿通孔と考えたとき、このセンサ素子挿通孔は、ハウジング２０の先端側に小径部を有し、基端側に大径部を有している。
【００５５】
また、典型的には、ハウジング２０の外径も軸方向において一定ではない。ハウジング２０は、その外側側面に、ねじ山が形成されたねじ部２０ａ（ねじ山は図示していない）や、径方向に環状に突出した鍔部２０ｂを有している。ねじ部２０ａを排気管に形成されたねじ孔に螺合させることにより、酸素センサ１００を排気管に固定することができる。ハウジング２０は、典型的には、金属材料（例えばステンレス鋼）から形成されている。
【００５６】
ハウジング２０の先端側には、センサ素子１０の検出部１１を覆うようにカバー部材３０が設けられている。カバー部材３０は、内側カバー３１および外側カバー３２から構成された二重構造を有している。内側カバー３１および外側カバー３２のそれぞれには、排気ガスを内部に導入するための開口部（通気孔）３３が形成されている。排気管内を流れる排気ガスが検出部１１に直接当たらないように、内側カバー３１の開口部３３と外側カバー３２の開口部３３とは、径方向から見たときに互いに重ならないように配置されていることが好ましい。内側カバー３１および外側カバー３２は、ステンレス鋼などの金属材料から形成されており、ハウジング２０に例えば溶接によって接合されている。
【００５７】
また、ハウジング２０の基端側には、筒状部材４０と、筒状部材４０を封口する封口部材４２と、センサ素子１０に接続された端子部４４と、端子部４４を介してセンサ素子１０に電気的に接続されるリード線４６とが設けられている。
【００５８】
筒状部材４０は、ステンレス鋼などの金属材料から形成されており、例えば円筒状である。この筒状部材４０のハウジング２０から遠い方の端部に、封口部材４２が配置されている。
【００５９】
封口部材４２は、リード線４６および端子部４４が挿入される円柱状の貫通孔４２ａを有している。封口部材４２は、耐熱性樹脂から形成されている。耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂のような熱可塑性樹脂を用いてもよいし、フェノール樹脂のような熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００６０】
リード線４６は、金属材料（例えば銅）から形成されており、絶縁材料（ＰＴＦＥなどの樹脂）によって被覆されている。リード線４６は、蛇腹状の防水キャップ４８によってさらに覆われており、防水キャップ４８ごと貫通孔４２ａに挿通されている。防水キャップ４８は、フッ素ゴムやシリコンゴムなどから形成されている。
【００６１】
端子部４４は、ステンレスやニッケル合金などの金属材料から形成されており、センサ素子１０とリード線４６とを電気的に接続する。本実施形態における端子部４４は、封口部材４２の貫通孔４２ａに圧入固定されている。端子部４４のより具体的な構造の例を図２および図３に示す。
【００６２】
端子部４４は、図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すような３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃが図３に示すように組み合わされて構成されている。より具体的には、端子部４４は、センサ素子１０に接続される第１端子４４ａと、封口部材４２の貫通孔４２ａに圧入される第２端子４４ｂと、リード線４６に接続される第３端子４４ｃとを有し、これらを図３に示すように溶接することにより形成されている。
【００６３】
端子部４４が有する３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃのうち、第２端子４４ｂは、略円柱状であり、封口部材４２の貫通孔４２ａよりも若干大きな外径を有している。このような第２端子４４ｂを含む端子部４４を貫通孔４２ａに圧入することにより、貫通孔４２ａがほぼ完全に閉塞される。また、この圧入により、封口部材４２の外径も本来の外径より若干大きくなる。つまり、筒状部材４０に対して封口部材４２が圧入固定された状態となる。そのため、筒状部材４０と封口部材４２との間もほぼ完全に閉塞される。
【００６４】
なお、本実施形態では、３つの端子４４ａ、４４ｂおよび４４ｃから構成された端子部４４を例示したが、端子部４４の構造はこれに限定されるものではない。端子部４４は、封口部材４２の貫通孔４２ａよりも若干大きな外径を有する部分を含んでいればよく、一体に成形されていてもよいし、２つ、あるいは４つ以上の部材から構成されていてもよい。
【００６５】
本実施形態における酸素センサ１００は、図１に示すように、さらに、センサ素子１０をハウジング２０に対して固定するガラスシール部５０と、ガラスシール部５０に一端部が埋没している第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２とを備えている。ガラスシール部５０、第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、ハウジング２０の内径が大きい部分、つまり、ハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部内に配置されている。
【００６６】
ガラスシール部５０は、ガラス材料から形成されており、センサ素子１０とハウジング２０との間を気密封止する。ガラスシール部５０は、より具体的には、ガラス材料を熱処理によって溶融させ、その後固化させることによって形成されている。ガラス材料としては、封止材として公知の種々の材料を用いることができる。ガラスシール部５０が設けられていることにより、ハウジング２０の基端側、すなわち、封口部材４２や端子部４４、リード線４６の設けられている空間への排気ガスの侵入が防止される。
【００６７】
第１のセラミックス部材５１は、ガラスシール部５０に対してセンサ素子１０の検出部１１とは反対側に配置されている。また、第２のセラミックス部材５２は、ガラスシール部５０に対して第１のセラミックス部材５１とは反対側に配置されている。つまり、第１のセラミックス部材５１と第２のセラミックス部材５２とがガラスシール部５０を挟持するように配置されている。さらに言い換えると、ハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部内に、第２のセラミックス部材５２、ガラスシール部５０および第１のセラミックス部材５１がこの順で配置されている。第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、例えば図４（ａ）および（ｂ）に示すようにそれぞれ円柱状であり、センサ素子１０が挿通される孔５１ａおよび５２ａを有している。
【００６８】
既に述べたように、第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、その一端部がガラスシール部５０に埋没している。具体的には、第１のセラミックス部材５１の下端部がガラスシール部５０の上端部に埋もれた状態で接合されており、第２のセラミックス部材５２の上端部がガラスシール部５０の下端部に埋もれた状態で接合されている。
【００６９】
第１のセラミックス部材５１および第２のセラミックス部材５２は、耐熱性および絶縁性に優れたセラミックス材料（例えばアルミナ）から形成されている。後述するように、酸素センサ１００の製造工程において、第１のセラミックス部材５１は、ガラス材料に荷重を印加するための「荷重部材」として機能する。逆に言うと、第１のセラミックス部材５１は、荷重部材として機能した結果、その一端部がガラスシール部５０に埋没している。また、酸素センサ１００の製造工程において、第２のセラミックス部材５２は、センサ素子１０が仮止めされる「仮止め部材」として機能する。以下では、第１のセラミックス部材５１を「荷重部材」とも呼び、第２のセラミックス部材５２を「仮止め部材」とも呼ぶ。
【００７０】
図１中に拡大して示しているように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと荷重部材５１の外側側面５１ｓとの間には所定の間隙Ｃ1が設けられている。また、ハウジング２０の内側側面２０ｓと仮止め部材５２の外側側面５２ｓとの間にも所定の間隙Ｃ2が設けられている。ガラスシール部５０の一部は、これらの間隙Ｃ1およびＣ2内に突出している。
【００７１】
本実施形態における酸素センサ１００は、上述したように、荷重部材として機能する第１のセラミックス部材５１を有しているので、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理を、ガラス材料に荷重を印加した状態で行うことができる。そのため、従来のようにガラス材料に荷重が印加されていない（つまり自重のみが印加されている）状態で熱処理を行う場合に比べ、溶融したガラス材料の流動を促進することができるので、ガラスシール部５０を形成するための熱処理を低温化したり短時間化したりすることができる。
【００７２】
以下、本実施形態における酸素センサ１００の製造方法を図５、図６および図７を参照しながら具体的に説明する。図５、図６および図７は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【００７３】
まず、図５（ａ）に示すように、第１端子４４ａおよび第３端子４４ｃを第２端子４４ｂに溶接（例えば抵抗溶接）することによって、端子部４４を形成する。
【００７４】
次に、図５（ｂ）に示すように第３端子４４ｃをかしめることによってリード線４６と端子部４４とを接続した後、図５（ｃ）に示すようにリード線４６に防水キャップ４８を取り付ける。
【００７５】
続いて、図５（ｄ）に示すように、封口部材４２の貫通孔４２ａに端子部４４を圧入固定する。このときの圧入代（組み合わせ寸法差）は、端子部４４による貫通孔４２ａの閉塞が好適に行われるよう、適宜設定されている。つまり、端子部４４の第２端子４４ｂの外径は、圧入代が好ましい値となるように設定されている。圧入代は、例えば、０．１ｍｍ程度である。
【００７６】
その後、図５（ｅ）に示すように、筒状部材４０に封口部材４２を圧入固定する。このときの圧入代は、封口部材４２による筒状部材４０の閉塞が好適に行われるよう、適宜設定されている。つまり、封口部材４２の外径は、圧入代が好ましい値となるように設定されている。圧入代は、例えば、０．１ｍｍ程度である。
【００７７】
上述したようにしてリード線４６を含むアセンブリ（以下では単に「リード線アセンブリ」と呼ぶ。）を作製したのとは別途に、以下のようにしてセンサ素子１０を含むアセンブリ（以下では単に「センサ素子アセンブリ」と呼ぶ。）を作製する。
【００７８】
まず、検出部１１および基板１２を含むセンサ素子１０を用意する。センサ素子１０としては、既に述べたように公知の種々の素子を用いることができる。
【００７９】
次に、図６（ａ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に挿通した後、図６（ｂ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に仮止めする。仮止めは、例えば、無機接着剤やガラスペーストによって行われる。
【００８０】
続いて、図６（ｃ）に示すように、センサ素子１０をハウジング２０に挿通する。このとき、センサ素子１０は、検出部１１がハウジング２０の一端側に露出するように配置される。本実施形態では、センサ素子１０は予め仮止め部材５２に仮止めされているので、この工程において、センサ素子１０は仮止め部材５２ごとハウジング２０に挿通される。仮止め部材５２がハウジング２０のセンサ素子挿通孔の大径部と小径部との境界（大径部の底に相当する部分）で係止されることにより、センサ素子１０の軸方向における位置決めがなされる。また、この工程は、図１中に拡大して示したように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと仮止め部材５２の外側側面５２ｓとの間に所定の間隙Ｃ2が設けられるように行われる。つまり、仮止め部材５２の外径は、ハウジング２０と仮止め部材５２との間に所定の間隙Ｃ2（例えば０．０５ｍｍ）が形成されるように設定されている。
【００８１】
その後、図６（ｄ）に示すように、仮止め部材５２の上、すなわち、センサ素子１０とハウジング２０との間の空間にガラス材料５０’を充填する。ガラス材料５０’としては、例えば、ＺｎＯ−ＳｉＯ2−ＭｇＯ系ガラス材料やＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3系ガラス材料、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＭｇＯ系ガラス材料などを用いることができる。また、ガラス材料５０’は、粉体であってもよいし、ペレット状やペースト状であってもよい。
【００８２】
次に、図６（ｅ）に示すように、ガラス材料５０’に荷重を印加するための荷重部材５１をガラス材料５０’の上に配置する。この工程は、図１中に拡大して示したように、ハウジング２０の内側側面２０ｓと荷重部材５１の外側側面５１ｓとの間に所定の間隙Ｃ1が設けられるように行われる。つまり、荷重部材５１の外径は、ハウジング２０と荷重部材５１との間に所定の間隙Ｃ1（例えば０．１ｍｍ）が形成されるように設定されている。
【００８３】
続いて、図７（ａ）に示すように、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加する。例えば図示しているように、荷重部材５１の上にセラミックス製の錘２を載せることによって、荷重部材５１を介してガラス材料５０’に荷重を印加することができる。勿論、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加できる限り、どのような手法であってもよく、例示したように錘２を載せる手法に限定されるものではない。後述する熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を十分に促進するためには、ガラス材料５０’に印加される単位面積当たりの荷重（つまり圧力）は、１００００Ｐａ以上であることが好ましく、１５０００Ｐａ以上であることがより好ましい。
【００８４】
次に、ガラス材料５０’を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、図７（ｂ）に示すようにガラスシール部５０を形成する。この工程における熱処理は、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加したままの状態で行われる。熱処理は、例えば８００℃〜９００℃の温度に保持された加熱炉内で１５分〜１時間行われる。この工程において、溶融したガラス材料５０’に荷重部材５１が沈み込むので、ガラスシール部５０が完成したハウジング２０内で荷重部材５１の一端部（下端部）はガラスシール部５０に埋没している。また、この工程において、溶融したガラス材料５０’がハウジング２０と仮止め部材５２との間に流れ込むので、ガラスシール部５０が完成したハウジング２０内で仮止め部材５２の一端部（上端部）はガラスシール部５０に埋没している。
【００８５】
続いて、図７（ｃ）に示すように、内側カバー３１および外側カバー３２を含むカバー部材３０をハウジング２０に取り付ける。この取り付けは、例えば、溶接により行われる。このようにして、センサ素子アセンブリが完成する。
【００８６】
その後、図７（ｄ）に示すように、センサ素子アセンブリにリード線アセンブリを取り付ける。このとき、２つの端子部４４の第１端子４４ａ間にセンサ素子１０の端部（検出部１１が設けられているのとは反対側の端部）が挿入されることによって、第１端子４４ａとセンサ素子１０とが接続される。また、センサ素子アセンブリのハウジング２０とリード線アセンブリの筒状部材４０とは、水密性を確保するために溶接（例えばレーザー溶接）される。このようにして、酸素センサ１００が完成する。
【００８７】
上述したように、本実施形態における酸素センサ１００の製造方法では、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理が、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加した状態で行われるので、熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を促進することができる。そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。従来の手法、すなわち、ガラス材料には荷重が印加されず、自重のみが印加されている状態で熱処理が行われる手法では、溶融したガラス材料の流動性を十分に高くするために、典型的には熱処理を９５０℃以上の温度で１時間以上行う必要があった。本実施形態の製造方法では、これよりも熱処理を低温および／または短時間で行うことができる。
【００８８】
熱によるセンサ素子１０の劣化を十分に抑制する観点からは、熱処理は、９００℃以下で行われることが好ましく、８５０℃以下で行われることがより好ましい。また、センサ素子１０の劣化を十分に抑制するとともに酸素センサ１００の製造に要する時間を十分に短縮する観点からは、熱処理は、ガラス材料５０’が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われることが好ましく、３０分以下であるように行われることがより好ましい。
【００８９】
なお、本実施形態では、ハウジング２０と荷重部材５１との間に所定の間隙Ｃ1が設けられているが、これらの間に実質的な間隙が存在しなくてもよい。本実施形態のように所定の間隙Ｃ1を設けると、熱処理時にこの間隙Ｃ1に（つまり荷重部材５１の外周に）ガラス材料５０’が流れ込むので、荷重部材５１とガラスシール部５０との接触する面積が大きくなり、荷重部材５１とガラスシール部５０との接合強度が向上する。また、ハウジング２０と荷重部材５１との間に実質的な間隙が存在しない場合には、荷重を印加する際に荷重部材５１の外側側面５１ｓがハウジング２０の内側側面２０ｓに接触して（つまり荷重部材５１がハウジング２０に引っ掛かって）荷重の印加を好適に行えないことがあるが、本実施形態のように所定の間隙Ｃ1を設けることにより、そのような荷重部材５１の引っ掛かりを防止することができる。荷重部材５１とガラスシール部５０との接合強度を十分に向上させ、荷重部材５１のハウジング２０への引っ掛かりを十分に抑制するためには、ハウジング２０と荷重部材５１との間の間隙Ｃ1は、具体的には０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９０】
同様に、仮止め部材５２とガラスシール部５０との接合強度を向上させる点からは、本実施形態のように、ハウジング２０と仮止め部材５２との間に所定の間隙Ｃ2が設けられていることが好ましく、この間隙Ｃ2は、具体的には０．１ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、ハウジング２０と仮止め部材５２との間の間隙Ｃ2にガラス材料５０’が過度に流れ込むと、センサ素子１０の先端側へガラス材料５０’が漏れ出す可能性があるので、ハウジング２０と荷重部材５１との間の間隙Ｃ1が、ハウジング２０と仮止め部材５２のとの間の間隙Ｃ2よりも大きい（具体的には０．１ｍｍ以上大きい）ことが好ましい。間隙Ｃ1およびＣ2がこのような大小関係を満足していると、溶融したガラス材料５０’が後者の間隙Ｃ2よりも前者の間隙Ｃ1へ流れ込みやすくなるので、ガラス材料５０’の漏れ出しを防止することができる。
【００９１】
また、本実施形態では、第１のセラミックス部材５１が「荷重部材」として機能し、第２のセラミックス部材５２が「仮止め部材」として機能するが、荷重部材および仮止め部材の材料はセラミックスに限定されるものではない。ただし、荷重部材および仮止め部材の材料は、耐熱性および絶縁性に優れていることが好ましいので、セラミックス製の部材を「荷重部材」や「仮止め部材」として用いることが特に好ましい。
【００９２】
なお、仮止め部材（第２のセラミックス部材）５２を省略してもよい。本実施形態のように仮止め部材５２を設けると、センサ素子１０を挿通配置するときの軸方向の位置決めや、溶融したガラス材料５０’の漏れ出しを防止することが容易となる。
【００９３】
続いて、図８を参照しながら、本実施形態における他の酸素センサ２００を説明する。
【００９４】
図８に示す酸素センサ２００は、荷重部材５１が、端子部４４が挿入される端子挿入孔５１ｂを有する点において、図１などに示した酸素センサ１００と異なっている。端子部４４とセンサ素子１０とは、荷重部材５１の端子挿入孔５１ｂ内で接続されている。例えば、ばね性を有する端子部４４の先端部を端子挿入孔５１ｂに挿入することにより、端子部４４の先端部がセンサ素子１０に当接され、そのことによってセンサ素子１０と端子部４４とが接続されている。
【００９５】
また、酸素センサ２００では、封口部材４２にはリード線４６のみが挿通されており、端子部４４は圧入固定されていない。酸素センサ２００の封口部材４２は、ゴム材料（例えばフッ素ゴム）から形成されており、筒状部材４０の一部（封口部材４２が配置されている部分）４０ａを内側にかしめることによって、リード線４６が固定されるとともに、筒状部材４０が封口されている。
【００９６】
酸素センサ２００では、上述したように荷重部材５１に端子挿入孔５１ｂが設けられているので、端子部４４は荷重部材５１によって保持される。荷重部材５１は、既に述べたことからもわかるようにガラスシール部５０を介してハウジング２０に一体化されているので、酸素センサ２００の端子部４４は、ハウジング２０に一体化された部材（荷重部材５１）によって保持されている。
【００９７】
図１５に示した酸素センサ８００のように、端子部８４４がハウジング８２０とは別体の部材（大気側絶縁碍子８１５）で保持されていると、酸素センサ８００に衝撃や振動が与えられたときにセンサ素子８１０に曲げ応力が発生し、センサ素子８１０が折れてしまうことがある。図８に示した酸素センサ２００のように、荷重部材５１が端子挿入孔５１ｂを有していると、ハウジング２０に一体化された荷重部材５１によって端子部４４が保持されるので、センサ素子１０の折れに起因した製品不良の発生を防止できる。
【００９８】
続いて、酸素センサ２００の製造方法を図９、図１０および図１１を参照しながら具体的に説明する。図９、図１０および図１１は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【００９９】
まず、検出部１１および基板１２を含むセンサ素子１０を用意し、次に、図９（ａ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に挿通する。その後、図９（ｂ）に示すようにセンサ素子１０を仮止め部材５２に仮止めする。
【０１００】
続いて、図９（ｃ）に示すようにセンサ素子１０をハウジング２０に挿通し、その後、図９（ｄ）に示すように、仮止め部材５２の上、すなわち、センサ素子１０とハウジング２０との間の空間にガラス材料５０’を充填する。
【０１０１】
次に、図１０（ａ）に示すように、ガラス材料５０’に荷重を印加するための荷重部材５１をガラス材料５０’の上に配置する。このとき用意される荷重部材５１には、所定の大きさの端子挿入孔５１ｂが形成されている。
【０１０２】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加する。ここでは図示しているように、荷重部材５１の上にセラミックス製の錘２を載せることによって、荷重部材５１を介してガラス材料５０’に荷重を印加する。
【０１０３】
次に、ガラス材料５０’を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、図１０（ｃ）に示すようにガラスシール部５０を形成する。この工程における熱処理は、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加したままの状態で行われる。続いて、図１０（ｄ）に示すように、内側カバー３１および外側カバー３２を含むカバー部材３０をハウジング２０に取り付ける。
【０１０４】
その後、図１１（ａ）に示すように、センサ素子１０に端子部４４を接続する。具体的には、リード線４６に接続された端子部４４を用意し、この端子部４４を荷重部材５１に形成されている端子挿入孔５１ｂに挿入することによって接続を行う。端子挿入孔５１ｂ内で端子部４４とセンサ素子１０とを電気的に接続する手法としては、例えば、既に述べたようにばね性を有する端子部４４の先端部をセンサ素子１０に当接させる手法を用いることができるが、勿論これに限定されるものではない。
【０１０５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ハウジング２０の端部に筒状部材４０を取り付ける。筒状部材４０とハウジング２０とは、水密性を確保するために溶接（例えばレーザー溶接）される。
【０１０６】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、筒状部材４０内に封口部材４２を挿入する。このとき、封口部材４２にリード線４６が挿通される。
【０１０７】
その後、図１１（ｄ）に示すように、筒状部材４０の封口部材４２が配置された部分４０ａを内方にかしめることによって、筒状部材４０の封口を行う。このようにして、酸素センサ２００が完成する。
【０１０８】
酸素センサ２００の製造方法においても、ガラスシール部５０を形成する工程における熱処理が、荷重部材５１によってガラス材料５０’に荷重を印加した状態で行われるので、熱処理の際に溶融したガラス材料５０’の流動を促進することができ、そのため、熱処理を低温化および短時間化することができる。
【０１０９】
図１２に、本実施形態におけるさらに他の酸素センサ３００を示す。図１２に示す酸素センサ３００は、仮止め部材５２が、コップ状に形成され、ガラスシール部５０および荷重部材５１を収容するガラスホルダである点において、図８に示した酸素センサ２００と異なっている。
【０１１０】
酸素センサ３００では、ガラスシール部５０は、センサ素子１０とガラスホルダ５２との間を気密封止している。また、ガラスホルダ５２とハウジング２０との間には、環状のパッキン５３が設けられており、ガラスホルダ５２とハウジング２０との間の気密性は、このパッキン５３によって保たれている。
【０１１１】
このように、ガラスシール部５０は、必ずしも図１や図８に示したようにセンサ素子１０とハウジング２０との間を気密封止する必要はなく、センサ素子１０と他の部材との間を気密封止し、そのことによってセンサ素子１０をハウジング２０に対して直接または間接的に固定できるものであればよい。
【０１１２】
本実施形態における酸素センサ１００、２００および３００は、ガラスシール部５０を形成する際の熱処理に起因したセンサ素子１０の劣化が少なく、優れた性能を有しているので、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素の検出に好適に用いられる。
【０１１３】
図１３に、本実施形態における酸素センサ１００を備えた自動二輪車５００を模式的に示す。自動二輪車５００は、本体フレーム５０１と内燃機関６００とを備える。本体フレーム５０１の前端にヘッドパイプ５０２が設けられている。ヘッドパイプ５０２にはフロントフォーク５０３が左右方向に揺動可能に設けられている。また、フロントフォーク５０３の下端に前輪５０４が回転可能に支持されている。ヘッドパイプ５０２の上端にはハンドル５０５が取り付けられている。
【０１１４】
本体フレーム５０１の後端上部から後方に伸びるようにシートレール５０６が取り付けられている。本体フレーム５０１の上部には燃料タンク５０７が設けられ、シートレール５０６上にメインシート５０８ａおよびタンデムシート５０８ｂが設けられている。また、本体フレーム５０１の後端に後方へ伸びるリアアーム５０９が取り付けられている。リアアーム５０９の後端に後輪５１０が回転可能に支持されている。
【０１１５】
本体フレーム５０１の中央部には内燃機関６００が保持されている。内燃機関６００の前部にはラジエター５１１が取り付けられている。内燃機関６００の排気ポートには排気管６３０が接続されている。排気管６３０には、酸素センサ１００、三元系触媒６０４および消音器６０６が設けられている。酸素センサ１００は、排気管６３０内を流れる排気ガス中の酸素を検出する。
【０１１６】
内燃機関６００には、変速機５１５が連結されており、変速機５１５の出力軸５１６は駆動スプロケット５１７に取り付けられている。駆動スプロケット５１７はチェーン５１８を介して後輪５１０の後輪スプロケット５１９に連結されている。
【０１１７】
図１４は、内燃機関６００の制御系の主要な構成を示している。内燃機関６００のシリンダ６０１には吸気弁６１０、排気弁６０６および点火プラグ６０８が設けられている。またエンジンを冷却する冷却水の水温を計測する水温センサ６１６が設けられている。吸気弁６１０は、空気吸入口をもつ吸気管６２２に接続されている。吸気管６２２にはエアーフローメータ６１２、スロットルバルブのスロットルセンサ６１４および燃料噴射装置６１１が設けられている。
【０１１８】
エアーフローメータ６１２、スロットルセンサ６１４、燃料噴射装置６１１、水温センサ６１６、点火プラグ６０８および酸素センサ１００は、制御部であるコンピュータ６１８に接続されている。コンピュータ６１８には自動二輪車５００の速度を示す車速信号６２０も入力される。
【０１１９】
図示しないセルモータによって、ライダーが内燃機関６００を始動させると、コンピュータ６１８はエアーフローメータ６１２、スロットルセンサ６１４および水温センサ６１６から得られる検出信号および車速信号６２０に基づき、最適な燃料量を計算し、計算結果に基づいて、燃料噴射装置６１１へ制御信号を出力する。燃料噴射装置６１１から噴射される燃料は、吸気管６２２から供給される空気と混合され、適切なタイミングで開閉される吸気バルブ６１０を介してシリンダ６０１へ噴出される。シリンダ６０１において噴出された燃料は燃焼し、排気ガスとなって排気弁６０６を介して排気管６３０へ導かれる。
【０１２０】
酸素センサ１００は排気ガス中の酸素を検出し、検出信号をコンピュータ６１８へ出力する。コンピュータ６１８は、酸素センサ１００からの信号に基づき、空燃比が理想空燃比からどの程度ずれているかを判断する。そして、フローメター６１２およびスロットルセンサ６１４から得られる信号によって定まる空気量に対して、理想空燃比となるように燃料噴射装置６１１から噴出する燃料量を制御する。このように、酸素センサ１００と、酸素センサ１００に接続されたコンピュータ（制御部）６１８とを含む空燃比制御装置によって、内燃機関の空燃比が適切に制御される。
【０１２１】
なお、本実施形態では、自動二輪車を例示して説明を行ったが、本実施形態における酸素センサ１００は、四輪自動車などの他の自動車両にも用いられる。内燃機関は、ガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであってもよい。
【０１２２】
また、本実施形態では、酸素センサを例として本発明を説明したが、本発明は、酸素センサに限定されず、種々のガスを検出するためのセンサに好適に用いられる。例えば、本発明は、ＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサにも好適に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明によると、ガラスシール部を備えたガスセンサにおいて、ガラスシール部を形成するための熱処理を低温化および短時間化することができる。本発明は、酸素センサをはじめとする種々のガスセンサに好適に用いられる。
【０１２４】
本発明によるガスセンサは、乗用車、バス、トラック、オートバイ、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両などの種々の輸送機器用の空燃比制御装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の好適な実施形態における酸素センサ１００を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、酸素センサ１００の第１端子、第２端子および第３端子を模式的に示す斜視図である。
【図３】酸素センサ１００の端子部を模式的に示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、酸素センサ１００の荷重部材および仮止め部材を模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ１００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図８】本発明の好適な実施形態における他の酸素センサ２００を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、酸素センサ２００の製造工程を模式的に示す工程断面図である。
【図１２】本発明の好適な実施形態におけるさらに他の酸素センサ３００を模式的に示す断面図である。
【図１３】酸素センサ１００を備えた自動二輪車５００を模式的に示す側面図である。
【図１４】図１３に示す自動二輪車５００における内燃機関の制御系を模式的に示す図である。
【図１５】従来の酸素センサ８００を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ センサ素子
１１ 検出部
１２ 基板
２０ ハウジング
３０ カバー部材
３１ 内側カバー
３２ 外側カバー
４０ 筒状部材
４２ 封口部材
４４ 端子部
４６ リード線
４８ 防水キャップ
５０ ガラスシール部
５１ 荷重部材（第１のセラミックス部材）
５１ｂ 端子挿入孔
５２ 仮止め部材（第２のセラミックス部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子と、
その一端側に前記検出部が露出するように前記センサ素子が挿通配置されるハウジングと、
ガラス材料から形成され、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部と、
前記ガラスシール部に対して前記センサ素子の前記検出部とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材と、を備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記ガラスシール部に対して前記第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備えた請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きい請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記センサ素子に接続された端子部をさらに備え、
前記第１のセラミックス部材は、前記端子部が挿入される端子挿入孔を有する請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
酸素センサである請求項１から６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサを備えた空燃比制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の空燃比制御装置を備えた輸送機器。
【請求項１０】
所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子を用意する工程と、
前記センサ素子をハウジングに挿通する工程と、
前記センサ素子と前記ハウジングとの間の空間にガラス材料を充填する工程と、
前記ガラス材料を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部を形成する工程と、を包含するガスセンサの製造方法であって、
前記ガラスシール部を形成する工程の前に、前記ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材を前記ガラス材料の上に配置する工程をさらに包含し、
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記荷重部材によって前記ガラス材料に荷重を印加した状態で行われるガスセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記荷重部材を配置する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる請求項１０に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記センサ素子を用意する工程の後に、前記センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含し、
前記センサ素子を前記ハウジングに挿通する工程において、前記センサ素子は前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通される請求項１１に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記センサ素子を前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる請求項１２に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間の間隙が、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きい、請求項１３に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記ガラスシール部を形成する工程の後に、前記センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含し、
前記端子部を接続する工程は、前記荷重部材に形成されている孔に前記端子部を挿入することによって行われる請求項１０から１４のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、９００℃以下の温度で行われる請求項１０から１５のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われる請求項１０から１６のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１】
所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子と、
その一端側に前記検出部が露出するように前記センサ素子が挿通配置されるハウジングと、
ガラス材料から形成され、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部と、
前記ガラスシール部に対して前記センサ素子の前記検出部とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第１のセラミックス部材と、を備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記ガラスシール部に対して前記第１のセラミックス部材とは反対側に配置され、一端部が前記ガラスシール部に埋没している第２のセラミックス部材をさらに備えた請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられている請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ハウジングの内側側面と前記第１のセラミックス部材の外側側面との間の間隙は、前記ハウジングの内側側面と前記第２のセラミックス部材の外側側面との間の間隙よりも大きい請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記センサ素子に接続された端子部をさらに備え、
前記第１のセラミックス部材は、前記端子部が挿入される端子挿入孔を有する請求項１から５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
酸素センサである請求項１から６のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサを備えた空燃比制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の空燃比制御装置を備えた輸送機器。
【請求項１０】
所定のガスを検出するための検出部を有するセンサ素子を用意する工程と、
前記センサ素子をハウジングに挿通する工程と、
前記センサ素子と前記ハウジングとの間の空間にガラス材料を充填する工程と、
前記ガラス材料を熱処理により溶融させた後に固化させることによって、前記センサ素子を前記ハウジングに対して固定するガラスシール部を形成する工程と、を包含するガスセンサの製造方法であって、
前記ガラスシール部を形成する工程の前に、前記ガラス材料に荷重を印加するための荷重部材を前記ガラス材料の上に配置する工程をさらに包含し、
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記荷重部材によって前記ガラス材料に荷重を印加した状態で行われるガスセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記荷重部材を配置する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる請求項１０に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記センサ素子を用意する工程の後に、前記センサ素子を仮止め部材に挿通して仮止めする工程を包含し、
前記センサ素子を前記ハウジングに挿通する工程において、前記センサ素子は前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通される請求項１１に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記センサ素子を前記仮止め部材ごと前記ハウジングに挿通する工程は、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間に所定の間隙が設けられるように行われる請求項１２に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記ハウジングの内側側面と前記荷重部材の外側側面との間の間隙が、前記ハウジングの内側側面と前記仮止め部材の外側側面との間の間隙よりも大きい、請求項１３に記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記ガラスシール部を形成する工程の後に、前記センサ素子に端子部を接続する工程をさらに包含し、
前記端子部を接続する工程は、前記荷重部材に形成されている孔に前記端子部を挿入することによって行われる請求項１０から１４のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、９００℃以下の温度で行われる請求項１０から１５のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記ガラスシール部を形成する工程における前記熱処理は、前記ガラス材料が軟化点以上の温度にある期間が１時間以下であるように行われる請求項１０から１６のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１５６７５７（Ｐ２００９−１５６７５７Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３６５２９（Ｐ２００７−３３６５２９）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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