特許 6001377 マスク治具、ガスセンサ素子の製造方法、および、ガスセンサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6001377

(24)【登録日】2016年9月9日

(45)【発行日】2016年10月5日

(54)【発明の名称】マスク治具、ガスセンサ素子の製造方法、および、ガスセンサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20160923BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-179501(P2012-179501)

(22)【出願日】2012年8月13日

(65)【公開番号】特開2014-37998(P2014-37998A)

(43)【公開日】2014年2月27日

【審査請求日】2014年11月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 綾

(72)【発明者】

【氏名】磯村 浩

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−１８２１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４７６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１４１６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１７−２７／４１９

Ｃ２５Ｄ １／００ − ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる有底筒状の基体の内表面に、メッキ液に含まれる金属を析出させて電極及び電極リードを形成する際に、前記電極及び電極リードを形成する領域とは異なる領域を覆うマスク治具であって、
少なくとも前記電極リードを形成するためのスリットを有し、前記基体の後端側から内部に挿入されて前記電極及び前記電極リードを形成する領域とは異なる領域を覆うマスク部と、
前記基体の内孔から前記基体の後端側にかけた形状に沿った形状であって、前記マスク部から前記基体の後端側に向かって前記基体の径方向の外側に斜めに延びるテ―パ形状を有しつつ、前記テ―パ形状の後端側から前記径方向の外側に延びる鍔状に形成され、前記マスク部における前記軸線方向の配置位置を定める係止部と、
が設けられていることを特徴とするマスク治具。

【請求項2】

前記係止部には前記基体の開口側の端部と当接する面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマスク治具。

【請求項3】

前記係止部には、前記軸線方向先端側に向かって延びる折返し部が設けられ、
前記折返し部は、前記基体の外径以上の内径を有するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のマスク治具。

【請求項4】

軸線方向に延びる有底筒状の基体の内表面に核を付着させる核付け工程と、
前記核が触媒として作用するメッキ液を用いて、前記メッキ液に含まれる金属を前記基体の内表面に析出させて電極及び電極リードを形成するメッキ工程と、
を有するガスセンサ素子の製造方法であって、
前記核付け工程の際に、前記基体の内表面における前記電極及び電極リードを形成する領域とは異なるマスク領域に、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマスク治具を装着する装着工程を更に有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。

【請求項5】

基体の内表面に電極及び電極リードが形成されたガスセンサ素子を有するガスセンサの製造方法であって、
前記ガスセンサ素子は、請求項４に記載のガスセンサ素子の製造方法により製造されたガスセンサ素子であることを特徴とするガスセンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マスク治具、ガスセンサ素子の製造方法、および、ガスセンサの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスセンサとして測定対象ガスに含まれる酸素などの特定ガス成分濃度を測定するセンサあり、例えば内燃機関の吸気や排気に含まれる酸素濃度を測定するガスセンサが知られている。

【0003】

上述のガスセンサとして、固体電解質体から形成されたガスセンサ素子を用いたものがある。ガスセンサ素子は一端が閉塞された筒形状に形成され、その内面および外面に白金などの貴金属から形成された電極を備えている。

【0004】

ガスセンサ素子の内面および外面の電極は、例えば、白金錯塩水溶液およびヒドラジン溶液を混合したメッキ溶液中の白金を析出させるメッキ加工により形成されている。そのため、ガスセンサ素子の内部にメッキ溶液を満たした状態でメッキ加工を行うとガスセンサ素子の内面全体に電極が形成される。

【0005】

しかしながら、ガスセンサ素子の内面において電極が必要な領域は限られている。そのため、上述の方法では電極が不要な領域にまで電極を形成してしまい、高価な貴金属を無駄に使用していた。

【0006】

この問題を解決する方法として、電極が不要な領域を覆うマスク治具を配置して電極が不要な領域への電極形成を抑制し、電極が必要な領域にのみ電極を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0007】

特許文献１では、円筒の一部を軸線方向に沿って切り欠いた形状のマスク治具を用いる技術が記載されている。このマスク治具全体をガスセンサ素子の内部に挿入し、電極が不要な領域を当該マスク治具で覆っている。より具体的には、特許文献１のマスク治具はガスセンサ素子の内周面よりも径が大きく形成されており、マスク治具をガスセンサ素子の内部に配置する際には、マスク治具の径が小さくなるように変形させてガスセンサ素子の内部に挿入し、マスク治具の径が大きくなる力を利用してマスク治具を所望の位置に留まらせている。このようにマスク治具を所望の位置、つまり電極が不要な領域に配置させることにより、電極が必要な領域にのみ電極を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−２４７６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上述の特許文献１に記載されたマスク治具では、メッキ加工の最中にマスク治具の配置位置がずれやすく、電極が必要な領域に電極を形成できない場合があるという問題があった。

【0010】

つまり、特許文献１のマスク治具はその全体がガスセンサ素子の内部に配置されているため、そもそもマスク治具を所望の位置の留まらせる力が弱く配置位置がずれやすい。そのため、電極が必要な領域に電極を形成できない場合があるという問題があった。

【0011】

さらに、メッキ液をガスセンサ素子の内部に注入したり、外部へ排出したりする際に、ガスセンサ素子の内部に注入排出に用いられる管が挿入される。この管とマスク治具とが干渉することにより、マスク治具の配置位置がずれる場合があった。そのため、電極が必要な領域に電極を形成できない場合があるという問題があった。

【0012】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、マスク治具の配置位置のズレを抑制して、所望の領域に電極及び電極リードを形成しやすくするマスク治具、ガスセンサ素子の製造方法、および、ガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のマスク治具は、軸線方向に延びる有底筒状の基体の内表面に、メッキ液に含まれる金属を析出させて電極及び電極リードを形成する際に、前記電極及び電極リードを形成する領域とは異なる領域を覆うマスク治具であって、少なくとも前記電極リードを形成するためのスリットを有し、前記基体の後端側から内部に挿入されて前記電極及び電極リードを形成する領域とは異なる領域を覆うマスク部と、前記マスク部よりも後端側に径方向の外側に延びる鍔状に形成され、前記マスク部における前記軸線方向の配置位置を定める係止部と、が設けられていることを特徴とする。

【0014】

本発明のマスク治具によれば、マスク部に係止部を設けているため、基体にマスク治具を取り付けた際に、軸線方向の配置位置のズレの発生が抑制される。つまり、マスク治具を基体に挿入する際に、係止部を基体の開口端や、基体に取り付けた別の部材の端部などに、鍔状に形成された係止部を係止させることでマスク部の軸線方向の配置位置を定めるとともに、電極及び電極リードを形成する工程においてマスク部の配置位置が軸線方向に移動することを抑制できる。

【0015】

上記発明において前記マスク部と前記係止部との間に設けられ、前記基体の内表面に全周で接触して覆う筒状部を有することが好ましい。
このように、基体の内表面に全周で接触して覆う筒状部を有することで、マスク治具の姿勢変化による配置位置のズレの発生が抑制される。つまり、筒状部が基体の内表面に周方向にわたって接触するため、マスク部と基体の内表面との相対的な位置関係が変動しにくくなる。

【0016】

上記発明において前記筒状部には、前記基体から突出し、前記係止部に向かって径が大きくなる拡径部が設けられ、前記係止部は、前記基体から突出した前記拡径部の径方向外側の周囲に配置される筒状の支持部の端部と当接する面が設けられていることが好ましい。

【0017】

このように基体の内部から突出するとともに、係止部に向かって基体の内表面よりも径が大きくなる拡径部を設けることにより、マスク治具における拡径部の内部にメッキ液を貯める空間を確保できる。基体の内表面に電極及び電極リードを形成する際には、電極及び電極リードの形成に必要な量の金属を析出させるのに必要な量のメッキ液が用いられる。基体内部の容積は、一般的に上述の必要量のメッキ液の体積よりも小さい。そのため、基体の内部から突出し、かつ、係止部に向かって径が大きくなる拡径部を設けてその内部にもメッキ液を貯めることにより、上述の必要量のメッキ液を貯める空間を確保できる。

【0018】

さらに、電極及び電極リードを形成する領域とは異なる領域を覆い、当該領域への金属の析出を抑制できるマスク治具の一部である拡径部の内部にメッキ液を貯める空間を確保するため、この空間での金属の意図しない析出を抑制できる。例えば、基体を保持するゴムなどの弾性部材からなる保持部に上述の必要のメッキ液を貯める空間を確保した場合には、保持部とメッキ液との接触面で意図しない金属の析出が発生することがある。電極及び電極リードを形成する領域に所望の厚さの電極を形成するためには、上述の意図しない金属の析出を考慮した量のメッキ液を用いる必要がある。特に析出させる金属が貴金属の場合には、高額な材料の使用量が増加するため製造コストが増加しやすい。この場合と比較して、メッキ液を貯める空間を金属の析出を抑制できる拡径部の内部に設けることにより、金属の使用量を抑制することができ製造コストを抑制しやすくなる。

【0019】

上記発明において前記係止部には、前記基体の開口側の端部と当接する面が設けられていることが好ましい。
このように鍔状に形成された係止部を基体の開口側の端部に当接させて、マスク部における軸線方向の配置位置を定めることにより、軸線方向にマスク部の配置位置が移動することを抑制しやすくなる。例えば、基体の閉塞端方向に向かってマスク治具を押しこむ力が働いても、係止部が開口側の端部に当たっているためマスク治具が軸線方向に移動することが抑制される。

【0020】

上記発明において前記係止部には、前記軸線方向先端側に向かって延びる折返し部が設けられ、前記折返し部は、前記基体の外径以上の内径を有するように形成されていることが好ましい。

【0021】

このように折返し部を設けることにより、基体にマスク治具を取りつけた際にマスク治具の姿勢が安定しやすくなり、マスク部の配置位置のズレの発生を抑制しやすくなる。具体的には、マスク治具を基体に取り付けた際に、基体の内部に配置される筒状部と折返し部との間に基体の開口端近傍の部分が挟みこまれる。そのため、マスク治具は、筒状部および折返し部において基体と接触して姿勢が保持されることとなり、筒状部のみで姿勢を保持する場合と比較して、より姿勢を安定させやすくなる。

【0022】

本発明のガスセンサ素子の製造方法は、軸線方向に延びる有底筒状の基体の内表面に核を付着させる核付け工程と、前記核が触媒として作用するメッキ液を用いて、前記メッキ液に含まれる金属を前記基体の内表面に析出させて電極及び電極リードを形成するメッキ工程と、を有するガスセンサ素子の製造方法であって、前記核付け工程の際に、前記基体の内表面における前記電極及び電極リードを形成する領域とは異なるマスク領域に、上記本発明のマスク治具を装着する装着工程を更に有することを特徴とする。

【0023】

本発明のガスセンサ素子の製造方法によれば、上記本発明のマスク治具を用いることによりマスク治具の配置位置のズレを抑制でき、基体の内表面における所望の位置に電極及び電極リードを形成することができる。

【0024】

本発明のガスセンサの製造方法は、基体の内表面に電極及び電極リードが形成されたガスセンサ素子を有するガスセンサの製造方法であって、前記ガスセンサ素子は、上記本発明のガスセンサ素子の製造方法により製造されたガスセンサ素子であることを特徴とする。

【0025】

本発明のガスセンサの製造方法によれば、上記本発明のガスセンサ素子の製造方法に基づいて製造されたガスセンサ素子、つまり基体の内表面における所望の位置に電極及び電極リードが形成されたガスセンサ素子を用いたガスセンサを製造できる。

【発明の効果】

【0026】

本発明のマスク治具によれば、マスク部に係止部および筒状部を設けているため、基体にマスク治具を取り付けた際に、軸線方向の配置位置のズレや、マスク治具の姿勢変化による配置位置のズレの発生が抑制されるため、所望の領域に電極及び電極リードを形成しやすくなるという効果を奏する。

【0027】

本発明のガスセンサ素子の製造方法によれば、上述のマスク治具を用いることによりマスク治具の配置位置のズレを抑制でき、基体の内表面における所望の位置に電極及び電極リードを形成することができる。

【0028】

本発明のガスセンサの製造方法によれば、上述のガスセンサ素子の製造方法に基づいて製造されたガスセンサ素子、つまり基体の内表面における所望の位置に電極及び電極リードが形成されたガスセンサ素子を用いたガスセンサを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るマスク治具の構成を説明する斜視図である。

【図2】図１のマスク治具の構成を説明する正面図および側面図である。

【図3】図１のマスク治具を基体に取り付けた状態を説明する外観図である。

【図4】基体に取り付けられたマスク治具の状態を説明するＡ−Ａ断面視図である。

【図5】基体の内表面におけるマスク治具により覆われる領域を説明する展開図である。

【図6】基体およびマスク治具の内部にメッキ液等を満たす工程を説明する摸式図である。

【図7】本実施形態に係る方法で製造されたガスセンサ素子を備えるガスセンサの構成を説明する断面視図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係るマスク治具の構成を説明する斜視図である。

【図9】図８のマスク治具の構成を説明する正面図および側面図である。

【図10】基体に取り付けられたマスク治具の状態を説明する断面視図である。

【図11】本発明の第３の実施形態に係るマスク治具の構成を説明する斜視図である。

【図12】図１１のマスク治具の構成を説明する正面図および側面図である。

【図13】基体に取り付けられたマスク治具の状態を説明する断面視図である。

【図14】本発明の第４の実施形態に係るマスク治具の構成を説明する斜視図である。

【図15】基体に取り付けられたマスク治具の状態を説明する断面視図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るマスク治具１００の構成、および、マスク治具１００を用いたガスセンサ素子１０並びにガスセンサ１の製造方法ついて説明する。まず、図１から図５を参照しながらマスク治具の構成について説明する。なお図２（ａ）はマスク治具を正面から見た構成を示す図であり、図２（ｂ）は側面から見た構成を示す図である。

【0031】

本実施形態のマスク治具１００は、基体１２０に電極をメッキ処理にて形成してガスセンサ素子１０を製造する際に用いられる治具である。マスク治具１００の使用方法、つまりマスク治具１００を用いたガスセンサ素子１０の製造方法などについては後で詳述する。

【0032】

マスク治具１００は、図１および図２に示すように、マスク部１０１と、筒状部１０２と、係止部１０５と、から主に構成されている。マスク部１０１、筒状部１０２および係止部１０５は、軸線Ｏにそって順に並んで配置されている。マスク治具１００を構成する材料としては、後述するメッキ処理においてメッキ液に含まれる貴金属が析出して付着しにくい材料が好ましい。例えば、マスク治具１００を構成する材料としてポリプロピレンなどの樹脂材料を例示することができる。

【0033】

マスク部１０１は、図４の断面視図に示すように基体１２０内部に挿入されるものであり、基体１２０の内表面の一部を覆い、内表面に所望の形状の電極を形成させるものである。より具体的には、図５の展開図に示すように、基体１２０の内表面におけるマスク領域（電極が形成される領域とは異なる領域）１０６の一部（図５の左右に分かれている部分）を覆い、内側電極領域（電極が形成される領域）１２３および内側電極リード領域（電極が形成される領域）１２４を露出させるものである。

【0034】

マスク部１０１は、図１および図２に示すように、基体１２０の内周面と略同じ径に形成された円筒の一部を軸線にそって切り欠いた形状に形成されたもの、言い換えると、断面が円環を切り欠いた円弧形状に形成されたものである。マスク部１０１の外径は、マスク部１０１と基体１２０の内表面とを密着させるために、内表面の内径と同じ径または若干大きな径とされている。

【0035】

本実施形態でマスク部１０１は、半円弧状の断面を有する形状に形成された例に適用して説明するが、マスク部１０１の形状、つまりマスク領域１０６の形状は、基体１２０の内表面に形成する内側電極の形状に基づいて定められるものであるため、マスク部１０１の形状は適宜変更することができるものである。

【0036】

筒状部１０２はマスク治具１００における筒状に形成された部分であり、マスク部１０１側の小径部１０３と、係止部１０５側の拡径部１０４とを備えたものである。
小径部１０３は、マスク部１０１と隣接する部分であり、マスク部１０１と同じ径で形成された筒状の部分である。小径部１０３は、マスク部１０１とともに基体１２０の内部に挿入されてマスク領域１０６の一部（図５の上側の部分）を覆うものである。

【0037】

拡径部１０４は、小径部１０３と係止部１０５との間に配置された部分であり、小径部１０３よりも大きな径で形成された筒状の部分である。本実施形態で拡径部１０４は、小径部１０３から係止部１０５に向かって径が次第に大きくなるテ―パ部分と、径が一定のストレート部分とから構成されている。

【0038】

係止部１０５は、筒状部１０２の拡径部１０４から径方向の外側に延びる鍔状に形成された部分である。係止部１０５は、後述する保持部１１０の端面１１２と当接して係止することにより、基体１２０に対するマスク治具１００の軸線Ｏ方向の配置位置を定めて、配置位置のズレを抑制するものである。

【0039】

次に、本実施形態のマスク治具１００を用いたガスセンサ素子１０の製造方法ついて図３から図６を参照しながら説明する。まず基体１２０の構成ついて説明する。
基体１２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から形成されたものであり、図３および図４に示すように、軸線Ｏを中心とする有底円筒状に形成されたものである。より具体的には、公知のプレス成形法を用いて有底円筒状に成形し、１５００℃で２時間程度焼成したものである。基体１２０における閉塞された端部（図４の下側の端部）を先端部（閉塞端）１２１とし、開口された端部（図４の上側の端部）を後端部（開口端）１２２とする。

【0040】

基体１２０の外周面における先端部１２１および後端部１２２の間には、径方向の外側に向かって環状に突出する突出部１４が設けられている。突出部１４は、後述するガスセンサ１の主体金具６０と係合される部分である。

【0041】

基体１２０の内表面では、図５に示すように、後述するメッキ処理によって内側電極領域１２３と、内側電極リード領域１２４とに電極が形成される。内側電極領域１２３は、内表面の先端部側１２１側（図５の下側）の全体であり、内側電極リード領域１２４は、内側電極領域１２３から後端部１２２側（図５の上側）に向かって延びる帯状の領域である。

【0042】

基体１２０を構成する固体電解質としては、例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものである。この個体電解質以外にも、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体である固体電解質を使用しても良い。また、アルカリ土類金属または希土類金属の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体に、さらにＨｆＯ₂が含有された固体電解質を使用しても良い。

【0043】

次に、ガスセンサ素子１０の製造方法について説明する。そのなかでも、上述のマスク治具１００を用いて基体１２０の内表面における内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４に電極を形成する方法を中心に説明する。

【0044】

基体１２０の内表面に電極を形成する前に、基体１２０の外表面に電極を形成する処理が行われる。例えば、外表面における内側電極領域１２３と対応する領域である外側電極領域と、この外側電極領域から後端部１２２に向かって帯状に延びる外側リード領域に電極を形成する処理が行われる。

【0045】

その後に基体１２０の内表面に電極を形成する処理が行われる。最初の核付け工程において、基体１２０の内表面に核を付着させる処理が行われる。まず、図４に示すように、マスク治具１００が基体１２０および保持部１１０に装着される。マスク治具１００は、マスク部１０１を基体１２０の先端部側１２１側として挿入され、係止部１０５が保持部１１０の端面１１２に当たり、係止されるまで差し込まれる。このとき筒状部１０２の小径部１０３も基体１２０の内部に挿入されている。

【0046】

マスク部１０１および小径部１０３の外表面は、基体１２０の内表面と接触している。具体的には、図５に示すマスク領域１０６を覆うように接触している。さらに、筒状の小径部１０３が基体１２０の内表面と周方向にわたって接触しているため、基体１２０に対するマスク治具１００の相対位置、特に径方向の相対位置が定まりやすくなる。

【0047】

保持部１１０は、シリコンゴムなどの弾性材料から形成された筒状の部材であり、基体１２０の後端部１２２を保持するとともに、内部にマスク治具１００が配置可能なものである。保持部１１０における後端部１２２と嵌め合わされる部分は、内部に後端部１２２を挿入可能な円柱状の空間が形成され、空間の奥に後端部１２２が付き当てられる段差１１１が形成されている。保持部１１０における基体１２０を保持する部分と反対側は、基体１２０の内表面よりも径が大きな内周面が形成され、ここにマスク治具１００の拡径部１０４が配置される。さらに保持部１１０における反対側の端面１１２は、マスク治具１００の係止部１０５と接触する面となっている。

【0048】

そして、マスク治具１００が装着されると核を付着させる処理が行われる。図６に示すように、基体１２０の内表面に囲まれた空間および保持部１１０の内部空間に塩化白金酸水溶液（白金濃度が０．５ｇ／Ｌの水溶液）が注入される。

【0049】

上述の塩化白金酸水溶液の注入には、注液装置１３０が用いられる。注液装置１３０には、基体１２０やマスク治具１００や保持部１１０の内部に挿入される管部１３１が設けられている。塩化白金酸水溶液は、基体１２０および保持部１１０に挿入された管部１３１から注液される。

【0050】

基体１２０等に注液された塩化白金酸水溶液は加熱され、これにより基体１２０の内表面に塩化白金酸水溶液の塗膜が形成される。塗膜が形成されると、基体１２０および保持部１１０に注液された塩化白金酸水溶液を、注液装置１３０を用いて基体１２０および保持部１１０の外に排液する処理が行われる。

【0051】

その後、基体１２０および保持部１１０の内部にヒドラジン水溶液（濃度が５質量％の水溶液）が注入される。ヒドラジン水溶液の注入には、塩化白金酸水溶液の場合と同様に注液装置１３０が用いられる。注入されたヒドラジン水溶液は７５℃に加熱され、その状態で３０分間放置される。すると、基体１２０の内表面に白金の核が析出する。核が析出すると、基体１２０などの注入されたヒドラジン水溶液を、注液装置１３０を用いて基体１２０の外に排液する処理が行われる。

【0052】

その後、メッキ工程の処理が行われる。基体１２０およびマスク治具１００の内部には、図６に示すようにメッキ液が注入される。メッキ液の注入は注液装置１４０を用いて行われ、メッキ液は基体１２０の内部を満たし、さらにマスク治具１００の拡径部１０４に液面が至るまで注入される。

【0053】

メッキ液は、基体１２０の内表面に析出させた核を触媒としてメッキ液中の貴金属（本実施形態では白金）が析出するものである。本実施形態では、白金錯塩水溶液（白金濃度が１５ｇ／Ｌの水溶液）とヒドラジン水溶液（濃度が８５質量％の水溶液）とを混合して調整されたものである。

【0054】

そして注入されたメッキ液を加熱し、所定の時間だけ放置する処理が行われる。この放置された時間の間に、メッキ液に含まれる白金は、基体１２０の内表面におけるマスク部１０１に覆われていない領域である内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４に析出する。所定の時間が経過すると、基体１２０およびマスク治具１００の内部に注入されたメッキ液は、注液装置１４０によって外へ排液される。

【0055】

排液が完了するとメッキされた基体１２０の取り外し工程が行われる。メッキされた基体１２０は、保持部１１０から下方（図６の下側）へ引き抜かれる。この時マスク治具１００は保持部１１０の内部に取り残されるため、メッキされた基体１２０の内部からマスク治具１００も同時に引き抜かれる。

【0056】

そしてメッキされた基体１２０に対して還元工程の処理が行われる。メッキされた基体１２０は、７５０℃の還元雰囲気中で加熱処理される。この処理により内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４に析出した白金である電極の表面に付着している酸素が取り除かれる。さらに当該電極が、基体１２０の内表面に焼き付けられて、所望の特性を有する電極となる。このようにしてガスセンサ１の製造に用いられるガスセンサ素子１０が完成する（図７参照）。

【0057】

このようにして製造されたガスセンサ素子１０は、ガスセンサ１の製造に用いることができる。ガスセンサ１の製造方法としては公知の製造方法を用いることができ、特にその詳細を限定するものではない。図７は、このようにして製造されたガスセンサ１の構成を説明する断面視図である。

【0058】

次に、上述のガスセンサ素子１０の製造方法によって製造されたガスセンサ素子１０を用いて製造されたガスセンサ１について説明する。なお、ガスセンサ１の製造方法としては公知の製造方法を用いることができる。

【0059】

本実施形態で製造されたガスセンサ１は、例えば乗用車等の車両に搭載された内燃機関の排気流路に締結され、排気流路の内部にガスセンサの先端部分が突出されたセンサであり、排気ガス中の酸素濃度を計測する酸素センサである。なお、以下の説明では、軸線Ｏに沿う方向のうち、主体金具６０に対してプロテクタ８０の取り付けられる側を先端側とし、この逆側を後端側として説明する。

【0060】

ガスセンサ１は、後述するガスセンサ素子１０を加熱するためのヒータ２０を備えたセンサであり、ヒータ２０の熱によってガスセンサ素子１０を加熱して活性化し、排気ガス中の酸素濃度を計測するものである。

【0061】

ガスセンサ１には、図７に示すように、ガスセンサ素子１０と、ヒータ２０と、セパレータ３０と、シール部材４０と、複数の端子金具５０と、リード線５５と、それらの周囲を覆う主体金具６０と、プロテクタ８０と、外筒９０等が、主に備えられている。

【0062】

ヒータ２０は、図７に示すように、ガスセンサ素子１０の内部に配置されてガスセンサ素子１０の加熱を行う長尺の加熱手段である。
複数の端子金具５０には、第１センサ端子金具５１、第２センサ端子金具５２、第１ヒータ端子金具および第２ヒータ端子金具（図示せず）が含まれる。複数の端子金具５０は、ニッケル合金（例えばインコネル７５０。英インコネル社製、登録商標）から形成された金具である。複数の端子金具５０には、それぞれ、リード線５５の芯線が加締め接続されて電気的に接続されている。図７では、４本のリード線５５のうち３本のリード線５５が図示されている。

【0063】

第１センサ端子金具５１は、ガスセンサ素子１０の内側電極リード領域１２４に形成された電極（図５参照）と電気的に接触し、第２センサ端子金具５２と共に、ガスセンサ素子１０の検出信号を外部に出力するものである。また、第１センサ端子金具５１は、ヒータ２０を把持するとともに、ヒータ２０の発熱部（図示せず）が設けられている領域を、ガスセンサ素子１０の内面に押し付けるものである。その一方で、第２センサ端子金具５２は、ガスセンサ素子１０の外側電極と電気的に接続されるものである。

【0064】

セパレータ３０は、図７に示すように、ガスセンサ素子１０とシール部材４０との間に配置される部材であり、電気絶縁性を有する材料、例えばアルミナから形成された円筒形状の部材である。セパレータ３０には、複数の端子金具５０などを収納する収容部３１が設けられている。収容部３１は、セパレータ３０を軸線Ｏ方向に貫通して形成された貫通孔であり、セパレータ３０よりも先端側の空間と、後端側の空間との間で大気の流通を可能とするものである。

【0065】

シール部材４０は、例えばフッ素ゴムなどの弾性材料からなる栓部材であり、ガスセンサ１の後端に配置される部材である。シール部材４０は、軸線Ｏ方向を高さ方向とする略円柱状に形成された、外筒９０の後端を塞ぐ部材である。シール部材４０は、セパレータ３０の後端側の面に当接するように外筒９０の後端側の開口に嵌め込まれている。

【0066】

大気連通孔４１は、シール部材４０により閉塞された外筒９０の内部に大気を導く貫通孔である。大気連通孔４１の内部には、フィルタ部材４３および留め金具４４が挿入されている。フィルタ部材４３は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から形成されたマイクロメートル単位の網目構造を有する薄膜状のフィルタである。そのため、フィルタ部材４３は、水滴等の透過を許さず、大気の通過は許容するものである。留め金具４４は、筒状に形成された部材であり、フィルタ部材４３をシール部材４０に固定するものである。具体的には、留め金具４４の外周と大気連通孔４１の内周との間にフィルタ部材４３を挟みこみ、フィルタ部材４３をシール部材４０に固定するものである。

【0067】

主体金具６０は、図７に示すように、ステンレス合金（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、概ね円筒状に形成された部材である。主体金具６０には、ガスセンサ素子１０の突出部１４を支持する段部６１が、内周面から径方向内側に向かって、周方向にわたって突出して設けられている。

【0068】

主体金具６０の先端側の外周面には、ガスセンサ１を内燃機関の排気流路（図示せず。）に取付けるネジ部６２と、ネジ部６２を排気流路にネジ込むための取付工具を係合させる六角部６３と、が周方向にわたって設けられている。ネジ部６２と六角部６３との間には、環状のガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ガスセンサ１と排気流路との間の隙間からのガス抜けを防止するものである。

【0069】

主体金具６０における六角部６３よりも後端側には、ガスセンサ素子１０を加締め固定する加締固定部６７と、が形成されている。
主体金具６０の内部には、段部６１から後端側に向かって順に、金属製の先端側パッキン７１、アルミナからなる筒状の支持部材７２、金属製の後端側パッキン７３、滑石の粉末からなる充填部材７４、アルミナ製のスリーブ７５、および、環状のリング７６が配置されている。支持部材７２の内周面には段部が形成されており、当該段部によりガスセンサ素子１０の突出部１４が支持されている。なお、支持部材７２と突出部１４との間に後端側パッキン７３が挟まれて配置されている。

【0070】

リング７６は、スリーブ７５と加締固定部６７との間に配置されるものであり、加締固定部６７が、径方向内側かつ先端側に変形されることにより加わる先端方向への力を、充填部材７４、後端側パッキン７３、支持部材７２、先端側パッキン７１に伝えるものである。この押し付ける力により、充填部材７４は軸線Ｏ方向に圧縮充填され、かつ、主体金具６０の内周面およびガスセンサ素子１０の外周面との隙間を気密に埋める。

【0071】

プロテクタ８０は、ガスセンサ１が排気流路に取り付けられた際に、流路内に突出するガスセンサ素子１０を、流路内を流れるガス中に含まれる水滴や異物等の衝突から保護するものである。プロテクタ８０は、ステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１０Ｓ）から形成された部材であり、ガスセンサ素子１０の先端を覆う保護部材である。

【0072】

プロテクタ８０は、軸線Ｏ方向に延びる有底筒状に形成された外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２からなる２重構造を有している。外側プロテクタ８１および内側プロテクタ８２の後端縁は、主体金具６０に溶接によって固定されている。

【0073】

外筒９０は、主体金具６０とは異なるステンレス鋼（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４Ｌ）から形成された部材であり、外筒９０の内部に主体金具６０が差し込まれて固定されるものである。外筒９０の内部には、主体金具６０の後端から突出したガスセンサ素子１０の後端や、セパレータ３０や、シール部材４０が配置されている。

【0074】

上記の構成のマスク治具１００によれば、マスク部１０１に係止部１０５を設けているため、基体１２０にマスク治具１００を取り付けた際に、軸線Ｏ方向の配置位置のズレの発生が抑制される。つまり、マスク治具１００を基体１２０に挿入する際に、係止部１０５を基体１２０の開口端や、基体１２０に取り付けた保持部１１０の端面１１２などに、鍔状に形成された係止部１０５を係止させることでマスク部１０１の軸線Ｏ方向の配置位置を定めるとともに、内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４に電極を形成する工程においてマスク部１０１の配置位置が軸線Ｏ方向に移動することを抑制できる。そのため、内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４などの所望の領域に電極を形成しやすくなる。

【0075】

また、マスク部１０１と係止部１０５との間に設けられ、基体１２０の内表面に全周で接触して覆う筒状部１０２を有することで、マスク治具１００の姿勢変化による配置位置のズレの発生が抑制される。つまり、筒状部１０２が基体１２０の内表面に周方向にわたって接触するため、マスク部１０１と基体１２０の内表面との相対的な位置関係が変動しにくくなる。そのため、内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４などの所望の領域に電極を形成しやすくなる。

【0076】

基体１２０の内部から突出するとともに、係止部１０５に向かって基体１２０の内表面よりも径が大きくなる拡径部１０４を設けることにより、マスク治具１００における拡径部１０４の内部にメッキ液を貯める空間を確保できる。基体１２０の内表面に電極を形成する際には、電極の形成に必要な量の金属を析出させるのに必要な量のメッキ液が用いられる。基体１２０内部の容積は、一般的に上述の必要量のメッキ液の体積よりも小さい。そのため、基体１２０の内部から突出し、かつ、係止部１０５に向かって径が大きくなる拡径部１０４を設けてその内部にもメッキ液を貯めることにより、上述の必要量のメッキ液を貯める空間を確保できる。

【0077】

マスク領域１０６を覆い、マスク領域１０６への金属の析出を抑制できるマスク治具１００の一部である拡径部１０４の内部にメッキ液を貯める空間を確保するため、この空間での金属の意図しない析出を抑制できる。例えば、基体１２０を保持するゴムなどの弾性部材からなる保持部１１０に上述の必要のメッキ液を貯める空間を確保した場合には、保持部１１０とメッキ液との接触面で意図しない金属の析出が発生することがある。内側電極領域１２３および内側電極リード領域１２４に所望の厚さの電極を形成するためには、上述の意図しない金属の析出を考慮した量のメッキ液を用いる必要がある。特に析出させる金属が貴金属の場合には、高額な材料の使用量が増加するため製造コストが増加しやすい。この場合と比較して、メッキ液を貯める空間を金属の析出を抑制できる拡径部１０４の内部に設けることにより、金属の使用量を抑制することができ製造コストを抑制しやすくなる。

【0078】

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るマスク治具ついて図８から図１０を参照して説明する。本実施形態のマスク治具の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、筒状部および係止部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８から図１０を用いて主に筒状部および係止部の構成について説明し、その他の構成要素の説明を省略する。なお、図９（ａ）はマスク治具を正面から見た構成を示す図であり、図９（ｂ）は側面から見た構成を示す図である。

【0079】

本実施形態のマスク治具２００は、図８および図９に示すように、マスク部１０１と、筒状部２０２と、係止部２０５と、から主に構成されている。マスク部１０１、筒状部２０２および係止部２０５は、軸線Ｏにそって順に並んで配置されている。マスク治具２００を構成する材料としては、マスク治具１００と同様にポリプロピレンなどの樹脂材料を例示することができる。

【0080】

筒状部２０２はマスク治具２００における筒状に形成された部分であり、マスク部１０１と同じ径で形成された筒状の部分である。筒状部２０２は、マスク部１０１と係止部２０５との間に配置され、マスク部１０１とともに基体１２０の内部に挿入されてマスク領域１０６の一部（図５参照）を覆うものである。

【0081】

係止部２０５は、筒状部２０２から径方向の外側に延びる鍔状に形成された部分である。係止部２０５は、基体１２０の後端部１２２と当接して係止することにより、基体１２０に対するマスク治具２００の軸線Ｏ方向の配置位置を定めて、配置位置のズレを抑制するものである。

【0082】

次に、マスク治具２００を用いたガスセンサ素子１０の製造方法について説明する。なお、第１の実施形態と同様である箇所は、その説明を省略する。
まず、基体１２０の内部マスク治具２００が挿入される。このとき、マスク治具２００は、係止部２０５が後端部１２２に当接して係止されるまで差し込まれる。その後、マスク治具２００が差し込まれた基体１２０は、再び保持部１１０に差し込まれる（図１０参照）。

【0083】

その後の核付け処理以降は第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。メッキ工程が終了した後の取り外し工程では、第１の実施形態と同様に、メッキされた基体１２０は保持部１１０から下方へ引き抜かれる。この時、第１の実施形態と異なり、マスク治具２００は基体１２０とともに保持部１１０から引き抜かれ、その後に基体１２０から上方へ引き抜かれる。その後の還元工程の処理は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0084】

また、上述の製造方法で製造されたガスセンサ素子１０を用いたガスセンサ１の製造方法およびガスセンサ１の構造は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0085】

上記の構成のように鍔状に形成された係止部２０５を基体１２０の後端部１２２に当接させて、保持部１１０とで挟持させてマスク部１０１における軸線Ｏ方向の配置位置を定めることにより、軸線Ｏ方向にマスク部１０１の配置位置が移動することを抑制しやすくなる。例えば、基体１２０の先端部１２１方向に向かってマスク治具２００を押しこむ力が働いても、係止部２０５が後端部１２２と保持部１１０とで挟持されているためマスク治具２００が軸線Ｏ方向に移動することを抑制できる。

【0086】

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るマスク治具ついて図１１から図１３を参照して説明する。本実施形態のマスク治具の基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、係止部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１から図１３を用いて主に係止部の構成について説明し、その他の構成要素の説明を省略する。なお図１２（ａ）はマスク治具を正面から見た構成を示す図であり、図１２（ｂ）は側面から見た構成を示す図である。

【0087】

本実施形態のマスク治具３００は、図１１および図１２に示すように、マスク部１０１と、筒状部２０２と、係止部３０５と、折返し部３０６から主に構成されている。マスク治具３００を構成する材料としては、マスク治具１００と同様にポリプロピレンなどの樹脂材料を例示することができる。

【0088】

係止部３０５は、筒状部２０２から径方向の外側に延びる鍔状に形成された部分である。係止部３０５は、基体１２０の後端部１２２と保持部１１０とで挟持させて係止することにより、基体１２０に対するマスク治具３００の軸線Ｏ方向の配置位置を定めて、配置位置のズレを抑制するものである。

【0089】

折返し部３０６は、係止部３０５における径方向の外側から軸線Ｏ方向に沿って図１１の下側に向かって延びる筒状の部材である。さらに折返し部３０６は、基体１２０の外径以上の内径を有し、図１３に示すように折返し部３０６の内表面が基体１２０の外表面と接触するように構成されている。

【0090】

次に、マスク治具３００を用いたガスセンサ素子１０の製造方法について説明する。なお、第１の実施形態と同様である箇所は、その説明を省略する。
まず、基体１２０の内部マスク治具３００が挿入される。マスク治具３００は、係止部３０５が後端部１２２に当接して係止されるまで差し込まれる。同時に、マスク部１０１および筒状部２０２と、折返し部３０６との間に基体１２０の後端部１２２が挟みこまれる。

【0091】

その後の核付け処理以降は第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。メッキ工程が終了した後の取り外し工程では、第１の実施形態と同様に、メッキされた基体１２０は保持部１１０から下方へ引き抜かれる。この時、第１の実施形態と異なり、マスク治具２００は基体１２０とともに保持部１１０から引き抜かれ、その後に基体１２０から上方へ引き抜かれる。その後の還元工程の処理は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0092】

また、上述の製造方法で製造されたガスセンサ素子１０を用いたガスセンサ１の製造方法およびガスセンサ１の構造は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

【0093】

上記のように折返し部３０６を設けることにより、基体１２０にマスク治具３００を取りつけた際にマスク治具３００の姿勢が安定しやすくなり、マスク部１０１の配置位置のズレの発生を抑制しやすくなる。具体的には、マスク治具３００を基体１２０に取り付けた際に、基体１２０の内部に配置される筒状部２０２と折返し部３０６との間に基体１２０の後端部１２２近傍の部分が挟みこまれる。そのためマスク治具３００は、筒状部２０２および折返し部３０６において基体１２０と接触して姿勢が保持されることとなり、筒状部２０２のみで姿勢を保持する場合と比較して、より姿勢を安定させやすくなる。

【0094】

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係るマスク治具ついて図１４を参照して説明する。本実施形態のマスク治具の基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、係止部及び筒状部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１４を用いて主に係止部の構成について説明し、その他の構成要素の説明を省略する。

【0095】

本実施形態のマスク治具４００は、図１４に示すように、マスク部１０１と、係止部４０５とから主に構成されている。マスク治具４００を構成する材料としては、マスク治具１００と同様にポリプロピレンなどの樹脂材料を例示することができる。

【0096】

係止部４０５は、図１５に示すように、マスク部１０１から基体１２０の形状に沿って径方向の外側に延びる鍔状に形成された部分である。つまり、基体１２０は内孔から後端部１２２にかけてテーパ形状をなしており、係止部４０５はその形状に沿ってテーパ形状を有しつつ、径方向の外側に延びる。係止部４０５は、基体１２０の後端部１２２と当接して係止することにより、基体１２０に対するマスク治具４００の軸線Ｏ方向の配置位置を定めて、配置位置のズレを抑制するものである。

【0097】

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

【符号の説明】

【0098】

１…ガスセンサ、１０…ガスセンサ素子、１００，２００，３００，４００…マスク治具、１０１…マスク部、１０２，２０２…筒状部、１０５，２０５，３０５，４０５…係止部、１０４…拡径部、１２０…基体、１２１…先端部（閉塞端）、１２２…後端部（開口端）

【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】