JP2005249482A - ガスセンサ素子の出力調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性個体差を吸収可能で、低コスト、素子構成が単純であるガスセンサ素子の出力調整方法を提供すること。
【解決手段】固体電解質体１２と一対の基準電極１２２と被測定ガス側電極１２１とよりなり、該被測定ガス側電極１２１に拡散抵抗層１１を設けたガスセンサ素子１において、（１）出力電流を測定し、この出力電流をＡ０とする、（２）被測定ガス側電極１２１に対する被測定ガスの拡散距離を変更する加工を行い、加工後の出力電流を測定し、この時の出力電流をＡ１とする、（３）Ａ０、Ａ１から拡散距離と出力電流との間の関係を近似する関数ｆを得る、（４）上記関数ｆより、所望の出力電流Ａを得るために必要な拡散距離Ｃを算出する、（５）拡散距離がＣとなるように加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の排気系等に設置して燃焼制御等に利用できるガスセンサ素子の出力調整方法に関する。

自動車エンジン等の内燃機関において、空燃比制御を行う際に、次のような構成のガスセンサ素子を設けたガスセンサが広く用いられている。
すなわち、図１７、図１８に示すごとく、ガスセンサ素子９は、固体電解質体１２と該固体電解質体１２の表面に設けた一対の基準電極１２２と被測定ガス側電極１２１とからなり、上記一対の電極１２１、１２２は、該一対の電極１２１、１２２から出力を取り出すよう構成した測定回路（図示略）に電気的に接続されている。
そして、上記被測定ガス側電極１２１における被測定ガスと対面する面を覆うように、緻密層１１１と多孔層１１２からなる拡散抵抗層１１が設けてある。上記拡散抵抗層１１から上記被測定ガス側電極１２１に向けて被測定ガスを導入するが、上記多孔層１１２の端面１１０は、ガスセンサ素子９の側面１０１において外部に露出するが、この露出した端面１１０から被測定ガスが導入される。

上記ガスセンサ素子９において、ガス濃度の測定は次のように行われる。
すなわち、被測定ガスが端面１１０を介して拡散抵抗層１１に入り、被測定ガス側電極１２１と接触する。
被測定ガス側電極１２１と基準電極１２２との間に測定回路が接続されているが、この測定回路を介して、上記一対の電極１２１、１２２の間に定電圧を印加する。
この定電圧の値が適切であれば、上記一対の電極１２１、１２２の間に流れる電流値は拡散抵抗層１１を通過する酸素分子の量によって律速される。
従って、上記一対の電極１２１、１２２に接続した測定回路において検出できる電流値は、被測定ガス中の酸素濃度が一定であれば、特定の値で飽和する特性を持つ。

図１９は酸素濃度がａ〜ｄまで変化した場合（ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ）の、上記一対の電極１２１、１２２に対する印加電圧と出力電流との関係を示す線図である。
同図より、上記一対の電極１２１、１２２間に適当な印加電圧を加えることで（同図に示すＶ）、酸素濃度に応じた出力電流が得られることがわかる。即ち、酸素濃度がａの場合、出力電流Ｉａを得ることができる。

ところで多数のガスセンサ素子を製造する際は、製造ばらつきにより特性に個体差が発生することがある。
酸素濃度ａの被測定ガスにさらしたガスセンサ素子の、上記一対の電極の間に定電圧Ｖを印加すると、出力電流はＩａとなる筈である。
しかし現実に多数のガスセンサ素子からから得られる出力電流をプロットすると、図２０に示すような分布図が得られる。
ある程度の誤差を許容するとして、ΔＩａの範囲にある出力を得たガスセンサ素子は良品として実用に供することができても、ΔＩａの範囲を越えたＸにあたる出力を備えるガスセンサ素子は、測定誤差が大きく、使用に耐えない不良品である。

従って、製造歩留まり向上のためには、不良品のガスセンサ素子をなんらかの手段で良品となる出力範囲に出力調整してやる必要がある。
従来、素子の外部に抵抗体等を備えた外部回路を設けて、該外部回路の抵抗値を適宜変更して出力電流を調整し、製造ばらつきによる特性個体差を吸収することが提案されていた（特許文献１参照）。
また、拡散抵抗層を加工して、被測定ガスが導入部から電極に到達するまでの距離（拡散距離）を変えて、特性個体差を吸収することが提案されていた（特許文献２参照）。

実公平７−２７３９１号公報 特開２００１−１５３８３５号公報

しかしながら、特許文献１にかかる発明では、出力電流の調整にガスセンサ素子と別個の外部回路、抵抗体等が必要で、素子構成が複雑となるおそれがあった。
また、特許文献２にかかる発明では、拡散抵抗層の拡散抵抗の特性（気孔率や気孔径）が場所に応じてばらつくことがあるため、単純な拡散距離の変更のみで目標とする出力電流を得ることは困難であった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特性個体差を吸収可能で、低コスト、素子構成が単純であるガスセンサ素子の出力調整方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けた一対の基準電極と被測定ガス側電極とよりなり、該被測定ガス側電極における被測定ガスと対面する面に拡散抵抗層を設けてなるガスセンサ素子の出力を調整するに当たり、
（１）ガスセンサ素子の出力電流を測定し、この出力電流をＡ０とする
（２）ガスセンサ素子において、被測定ガス側電極に対する被測定ガスの拡散距離を変更する加工を行い、加工後のガスセンサ素子の出力電流を測定し、この時の出力電流をＡ１とする
（３）Ａ０、Ａ１から拡散距離と出力電流との間の関係を近似する関数ｆを得る
（４）上記関数ｆより、所望の出力電流Ａを得るために必要な拡散距離Ｃを算出する
（５）拡散距離がＣとなるようにガスセンサ素子を加工する
ことを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法にある（請求項１）。

ガスセンサ素子において、拡散抵抗層に覆われた被測定ガス側電極と基準電極との間に適当な電圧を印加した場合、両電極間から得られる出力電流は拡散抵抗層を通過する被測定ガスの量によって律速される。
一般に、拡散抵抗層で覆われた被測定ガス側電極を備えたガスセンサ素子において、出力電流は拡散距離が短くなると増加する傾向がある。
従って、出力電流と拡散距離との関係を、測定した出力電流Ａ０、Ａ１、変更した拡散距離の大きさから求めて、近似する等して、適切な関数ｆを得て、該関数ｆからある出力電流に対応する拡散距離を得ることができる。
これを利用して、ガスセンサ素子の出力調整を行うことができる。
また、ここで拡散距離とは、被測定ガスが拡散抵抗層を通過して被測定ガス側電極に達する最短距離である。

そして、本発明は、出力電流を調整する手段として従来技術に記載したような抵抗体を用いた外部回路を用いていないため、低コストかつ素子構成を単純とすることができる。
また、拡散抵抗層の拡散抵抗の特性（気孔率や気孔径）が場所に応じてばらつく場合があるが、予め拡散距離と出力電流との関係を求めた後に、拡散距離を改めて変更することで調整を行っているため、本発明では、拡散抵抗層の特性を考慮せずともよい。
以上、第１の発明によれば、特性個体差を吸収可能で、低コスト、素子構成が単純であるガスセンサ素子の出力調整方法を提供することができる。

また、第２の発明は、固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けた一対の基準電極と被測定ガス側電極とよりなり、該被測定ガス側電極における被測定ガスと対面する面に拡散抵抗層を設けてなるガスセンサ素子の出力を調整するに当たり、
（１）ガスセンサ素子の出力電流を測定し、この出力電流をＢ０とする
（２）ガスセンサ素子において、被測定ガス側電極に対する被測定ガスの拡散断面積を変更する加工を行い、加工後のガスセンサ素子の出力電流を測定し、この時の出力電流をＢ１とする
（３）Ｂ０、Ｂ１から拡散断面積と出力電流との間の関係を近似する一次関数ｇを得る
（４）上記一次関数ｇより、所望の出力電流Ｂを得るために必要な拡散断面積Ｄを算出する
（５）拡散断面積がＤとなるようにガスセンサ素子を加工する
ことを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法にある（請求項８）。

ガスセンサ素子において、拡散抵抗層に覆われた被測定ガス側電極と基準電極との間に適当な電圧を印加した場合、両電極間から得られる出力電流は拡散抵抗層を通過する被測定ガスの量によって律速される。
一般に、拡散抵抗層で覆われた被測定ガス側電極を備えたガスセンサ素子において、出力電流は拡散断面積が広くなると増加する傾向がある。
従って、出力電流と拡散断面積との関係を、測定した出力電流Ｂ０、Ｂ１、変更した拡散断面積の大きさから求めて、近似する等して、適切な関数ｇを得ることができる。
そして、上記関数ｇからある出力電流に対応する拡散断面積を得ることができるため、これを利用して、ガスセンサ素子の出力調整を行うことができる。
また、ここで拡散断面積とは、拡散抵抗層における被測定ガスの接触面の面積であり、被測定ガスは拡散断面積が広くなるほど導入量が増え、拡散断面積が狭くなるほど導入量が減る。従って拡散断面積を調整することで、出力電流を調整することができる。

そして、本発明は、出力電流を調整する手段として従来技術に記載したような抵抗体を用いた外部回路を用いていないため、低コストかつ素子構成を単純とすることができる。
以上、第２の発明によれば、特性個体差を吸収可能で、低コスト、素子構成が単純であるガスセンサ素子の出力調整方法を提供することができる。

第１と第２の発明にかかる出力調整方法は、内燃機関の燃焼制御に用いる空燃比センサ素子や、限界電流式の酸素センサ素子の他、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等の各種ガス濃度を検出するガスセンサ素子に適用することができる。
また、本発明にかかるガスセンサ素子において、拡散抵抗層は、被測定ガス側電極のみを覆うように構成することもできるし（図１参照）、被測定ガス側電極を設けた固体電解質体の表面の全体または一部分を覆うように構成することもできる。
更に、拡散抵抗層をガス不透過の緻密層とガスが透過する多孔層とから構成することもできる（図２参照）
また、一般的なガスセンサ素子と同様に、本発明のガスセンサ素子における上記固体電解質体は酸素イオン導電性のセラミックから構成することができ、また拡散抵抗層は多孔質のセラミックから構成することができる。
また、本例のガスセンサ素子は一体的に積層したセラミックヒータを持つことができる。

第１の発明において、拡散距離がそれぞれ異なる際の出力電流をＡ０、Ａ１、Ａ３・・・と、２点以上計測し、該２点以上の出力電流に基づいて拡散距離と出力電流との間の関係を近似する２次関数または１次関数ｆ’を得ることが好ましい（請求項２）。
２次関数で近似することで、より精度高く所望の出力調整を行うことができる。
また、１次関数で近似することで、出力調整後の出力電流のばらつきが若干大きくなる可能性があるが、１次関数を得るに必要な、ある拡散距離とこれに対応する出力電流の値の測定回数を少なくすることができるため、低コストに出力調整を行うことができる。

次に、第１の発明において、拡散距離を変更する具体的な方法について説明する。
まず、上記拡散距離を変更するにあたり、上記拡散抵抗層を研削し、部分的に除去することが好ましい（請求項３）。
拡散抵抗層を除去することで、被測定ガスの通過経路を短くして、拡散距離を減らすことができる。

また、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記多孔層を研削し、部分的に除去することが好ましい（請求項４）。
緻密層は、被測定ガスを透過させない物質よりなり、多孔層は被測定ガスを透過させる物質からなる。緻密層を設けることで、被測定ガスが導入可能な領域を制限して、例えば拡散抵抗層のいずれの部位から被測定ガスを導入しても拡散距離を等しくすることができる。
そして、多孔層を部分的に除去することで、被測定ガスの通過経路を短くして、拡散距離を減らすことができる。

また、上記拡散抵抗層は多孔層からなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記多孔層を研削し、部分的に除去することが好ましい（請求項５）。
そして、多孔層を部分的に除去することで、被測定ガスの通過経路を短くして、拡散距離を減らすことができる。

また、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記緻密層を研削し、部分的に除去することが好ましい（請求項６）。
緻密層を部分的に除去した場合、多孔層を緻密層を除去した部分に露出させることができる。多孔層が露出した部分において、被測定ガスは多孔層をバイパスすることができる。従って、拡散距離が変更されて、出力電流の大きさも変化する。このようにして調整を行うことができる。
また、上記拡散抵抗層をガスセンサ素子の側面と直交する表面から、ガスセンサ素子の側面に向けて斜め方向に除去することで、上記拡散距離を変更することが好ましい（請求項７）。
斜め方向に除去する際の角度を調整することで、より広い範囲における出力調整を行うことができる。

なお、以上に示す場合において、拡散抵抗層や多孔層、緻密層と共に、ガスセンサ素子のほかの部分（例えば固体電解質体等）を一緒に除去してもよいし、拡散抵抗層のみを除去することもできる。
また、除去する方法の具体例としては、研削、レーザー照射、化学エッチング等を利用することができる。
また、上記多孔層としては、気孔率の高いアルミナセラミックから構成することができる。また上記緻密層としては、気孔率の低いアルミナセラミックから構成することができる。

また、第２の発明における、拡散断面積変更の具体的方法を例示する。
即ち、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散断面積を変更するにあたり、
（Ａ）上記拡散抵抗層における被測定ガスと接触する緻密層を除去し、多孔層を露出させる、
または（Ｂ）上記拡散抵抗層における被測定ガスと接触する多孔層を緻密層で覆うよう構成することができる（請求項９）。

（実施例１）
本発明にかかるガスセンサ素子について、図１〜図５を用いて説明する。
すなわち、本例のガスセンサ素子１は、図１、図２に示すごとき、固体電解質体１２と該固体電解質体１２の表面１２０に設けた一対の基準電極１２２と被測定ガス側電極１２１とよりなり、該被測定ガス側電極１２１における被測定ガスと対面する面に拡散抵抗層１１を設けてなる素子である。
このガスセンサ素子１の出力の調整は、次の手順で行う。
（１）ガスセンサ素子１の出力電流を測定し、この出力電流をＡ０とする
（２）ガスセンサ素子１において、被測定ガス側電極１２１に対する被測定ガスの拡散距離を変更する加工を行い、加工後のガスセンサ素子１の出力電流を測定し、この時の出力電流をＡ１とする
（３）Ａ０、Ａ１から拡散距離と出力電流との間の関係を近似する関数ｆを得る
（４）上記関数ｆより、所望の出力電流Ａを得るために必要な拡散距離Ｃを算出する
（５）拡散距離がＣとなるようにガスセンサ素子１を加工する
また、上記拡散抵抗層１１は緻密層１１１と多孔層１１２とからなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記拡散抵抗層１１を研削し、部分的に除去する。

以下、詳細に説明する。
まず、本例にかかる調整方法を適用するガスセンサ素子１について説明する。
図１、図３に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は積層型の平板状素子で、通電により発熱する発熱体１４０を設けた発熱体基板１４と、基準ガスとなる大気を導入する基準ガス室１３０を設けた絶縁性のスペーサ１３と、表面に基準電極１２２と被測定ガス側電極１２１とを設けた酸素イオン伝導性の固体電界質体１２と、上記被測定ガス側電極１２１を設けた側を覆って積層した拡散抵抗層１１とよりなる。拡散抵抗層１１は緻密層１１１と多孔層１２１とからなる。緻密層１１１は被測定ガスを透過させないため、多孔層１１２の端面１１０から被測定ガスが導入される。

発熱体基板１４は、発熱体１４０、リード部１４１、端子１４５、１４６を有する。また、図示を略した発熱体基板１４の裏面には端子１４５、１４６と電気的導通がとられた別の外部端子（図示略）がある。発熱体１４０に対する通電はこの外部端子を通じて行われる。
固体電解質体１２には、基準電極１２２と被測定ガス側電極１２１が設けてある。
そして、基準電極１２２と導通するリード部１２４、内部端子１２６、端子１２８、被測定ガス側電極１２１と導通するリード部１２３、１２５が設けてある。端子１２８と内部端子１２６との間はスルーホール（図示略）にて導通が確保される。
そして、端子１２８、端子１２５を通じて電力を印加し、また出力電流もここから取り出すことができる。

本例のガスセンサ素子１は、発熱体基板用のシート、スペーサ用成形体、固体電解質体用シート、多孔層用シート、緻密層用シートを所定のセラミック材料及びバインダを用いて作製する。
得られた発熱体基板用シートに対し、図３に示す形状の発熱体、リード部、端子等用の印刷部を設ける。また、固体電解質体用シートに対し、図３に示す形状の各電極、リード部、端子等用の印刷部を設ける。その後、図３に示す順序でこれらのシートを積層、圧着し、一体化して、未焼積層体を得る。
その後、未焼積層体を所定の温度プロファイルで熱せられた加熱炉により焼成し、積層型のガスセンサ素子１を得た。

次に、このガスセンサ素子１の被測定ガスの拡散経路について記載する。
図２に示すごとく、ガスセンサ素子１の側面１０１に面する多孔層１１２の端面１１０から被測定ガスが入り、同図に示す矢線のごとく移動して、被測定ガス側電極１２１に到達する。この矢線ａが拡散経路であり、側面１０１と被測定ガス側電極１２１の表面との最短距離が拡散距離となる。
従って、側面１０１と被測定ガス側電極１２１の端面１１０との距離を縮めることで、拡散距離を縮めて、出力電流を増大させることができる。

次に、ガスセンサ素子１の出力電流の調整について具体的に説明する。
ガスセンサ素子の１の出力調整にあたり、拡散抵抗層１１を加工するが、この加工は、ガスセンサ素子１における発熱体基板１４、スペーサ１３、固体電解質体１２、拡散抵抗層１１の全てを一緒に側面１０１から幅Δｔだけ、ガスセンサ素子１の表面から垂直に研削した。
この研削は、図１（ｂ）に示すごとく、ガスセンサ素子１において、拡散抵抗層１１が設けてある部分にのみ施し、研削中やガスセンサ素子１の使用中の割れを防ぐために拡散抵抗層１１を設けていない部分との境界部１９０近傍はテーパー状に構成した。
また、研削はダイヤモンド砥粒を付着させた砥石を用いて行った。
なお、本例では、図１に示すごとく、両側面から研削したが、調整量が少ない場合は片面のみを研削してもよい。

続いて、ガスセンサ素子１の出力調整方法の手順について説明する。
ある製造工程にて得られたロット中のガスセンサ素子に対し所定の電圧Ｖを印加した際の出力電流の分布は、図５のＩａを中心とする破線Ｇで囲まれた範囲である。
このロットにおいて出力電流として許容できる範囲がΔＩａであり、従って、同図に破線でハッチングを入れた領域の特性を持つガスセンサ素子は良品として使用することができない不良品である。
従って、破線でハッチングを入れた領域のガスセンサ素子について、以下に示す手順にて出力調整を行い、良品となした。

まず、不良品ロット中からガスセンサ素子を１本取り出して、検査用回路に取り付けて、被測定ガス側電極１２１と基準ガス側電極１２２との間に電圧を印加しつつ、所定の酸素濃度Ｍを持った被測定ガスにさらし、出力電流を監視する。この時の出力電流がＡ０である。
次いで、ガスセンサ素子１の両側面からΔｔ＝Ｎ１／２（即ち両側面を合計するとＮ１となる）を上記砥石にて研削して、除去した。再び検査用回路に取り付けて、両電極との間に電圧を印加しつつ、所定の酸素濃度Ｍを持った被測定ガスにさらして、再び出力電流を監視する。この時の出力電流がＡ１である。
更に、ガスセンサ素子１の両側面からΔｔ＝Ｎ２／２（Ｎ１≠Ｎ２）を上記砥石にて研削して、除去した。再び検査用回路に取り付けて、両電極との間に電圧を印加しつつ、所定の酸素濃度Ｍを持った被測定ガスにさらして、再び出力電流を監視する。この時の出力電流がＡ２である。

従って、図４に示すごとく、縦軸に出力電流、横軸に研削量（＝Δｔ）を採用した線図に、（０，Ａ０）、（Ｎ１，Ａ１）、（Ｎ２，Ａ２）という３点をプロットして、これら３点を通過する、すなわちｆ（０）＝Ａ０、ｆ（Ｎ）＝Ａ１、ｆ（２Ｎ）＝Ａ２が成立する２次関数ｆを算出する。
ここで得られた２次関数ｆから、仮に出力電流がＡ３となるガスセンサ素子が必要であれば、ガスセンサ素子１の両側面をΔｔ＝Ｎ３／２となるように研削せねばならないことがわかる。

以上の結果から残りのガスセンサ素子について、研削前の出力電流の値からどれだけ削ればΔＩａの範囲に入れるかを２次関数ｆに基づいて算出し、求めた研削量分、砥石にて側面を研削する。
この結果、破線でハッチングした不良品のガスセンサ素子はなくなり、ガスセンサ素子のロット全体で図５のＩａ’を中心とする破線Ｇ’に示す分布を得た。
この分布Ｇ’は全てのガスセンサ素子がΔＩａの範囲に含まれる。

本例にかかる作用効果について説明する。
本例では、出力電流と拡散距離との関係を、測定した出力電流Ａ０、Ａ１、変更した拡散距離の大きさから求めて、近似する等して、適切な２次関数ｆを得て、該２次関数ｆからある出力電流に対応する拡散距離を得ることができる。
これを利用して、ガスセンサ素子の出力調整を行うことができる。

そして、本例は、出力電流を調整する手段として従来技術に記載したような抵抗体を用いた外部回路を用いていないため、低コストかつ素子構成を単純とすることができる。
また、拡散抵抗層の拡散抵抗の特性（気孔率や気孔径）が場所に応じてばらつく場合があるが、予め拡散距離と出力電流との関係を求めた後に、拡散距離を改めて変更することで調整を行っており、そもそも製造工程における同一ロット中のばらつきは小さいことが知られており、本例では、拡散抵抗層の場所に応じた特性のバラツキを考慮せずともよい。
以上、本例によれば、特性個体差を吸収可能で、低コスト、素子構成が単純であるガスセンサ素子の出力調整方法を提供することができる。

（実施例２）
実施例１において、ガスセンサ素子の出力電流と研削量との関係を、２次関数、１次関数で近似する妥当性について検討した。
すなわち、実施例１と同様のガスセンサ素子を準備し、実施例１と同様に側面を砥石で切削して出力電流を測定した。切削しない状態の出力電流を１として、これに対する出力電流の変化率を縦軸に、側面からの研削量Δｔを横軸とする。
研削量Δｔは実施例１における図１、図２から明らかであるが、拡散距離に比例する値である。
この測定結果を図６に記載し、これらのプロット点に近似する２次関数を曲線（１）として記載した。同図より明らかであるが、これらのプロット点は２次関数に精度よく一致することがわかる。

また、図７に示すごとく、これらプロット点に近似する１次関数を直線（２）として記載した。２次関数で近似する場合に比べると精度的には劣るが、１次関数の導出のほうが２次関数の導出より、容易である点を鑑みると、十分に実用性に優れた方法であることがわかる。

（実施例３）
本例は、拡散距離が特定の値となるように拡散抵抗層を加工するに当たり、拡散抵抗層だけを部分的に除去する方法について説明する。
図８、図９に示すごとく、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１において、出力調整量に応じて拡散抵抗層１１の拡散距離を減らすために、幅Δｔの拡散抵抗層１１をガスセンサ素子１の表面１１９から側面１０１に向けて、θの角度を持たせて斜めに除去する。
つまり、本例ではガスセンサ素子１のコーナーＣからΔｔの幅で斜め方向に拡散抵抗層１１を除去するのである。
また、同図においては両方の側面１０１で研削を行なっているが、調整量が少ない場合には、片方のみを研削すればよい。
その他は実施例１と同様である。

また図１０は、斜めではなくて、側面１０１に平行に拡散抵抗層１１のみを除去した構成である。この構成についても実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例も、図１１に示すごとく、拡散抵抗層１１の一部を部分的に除去することで、出力調整を行なう方法について説明する。
図１１に示すごとく、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１において、出力調整量に応じて拡散距離を減らすため、拡散抵抗層１１における多孔層１１２のみを幅Δｔ分だけガスセンサ素子１の表面に対し垂直に除去する。
また、同図においては両方の側面１０１で研削を行なっているが、調整量が少ない場合には、片方のみを研削すればよい。
その他は実施例１と同様である。
また、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例のガスセンサ素子１は、図１２に示すごとく、拡散抵抗層１１が多孔層１１２のみよりなる。従って、被測定ガスは拡散抵抗層１１の表面１１９から被測定ガス側電極１２１に向かって拡散してゆく。よって、拡散距離を減らすために、本例では多孔層１１２をその厚み方向、つまり表面１１９と平行に研削して、出力調整を行なう。
その他の構成は実施例１と同様である。
また、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
本例のガスセンサ素子は、図１３、図１４に示すごとく、拡散抵抗層１１における緻密層１１１を部分的に除去することで拡散距離を減らして調整を行なう方法である。
図１３に示すごとく、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１において、出力調整量に応じて拡散抵抗層１１の拡散距離を減らすために、緻密層１１１に対し多孔層１１２に達する窓部１６１を設ける。
これにより、同図に示す矢線ｂに示すごとく、窓部１６１から多孔層１１２に被測定ガスが導入されるため、ガスセンサ素子１の側面１０１から窓部１６１までの距離Δｍ分だけ拡散距離を減らすことができる。
その他は実施例１と同様である。
また、同様な例として、図１４に示すごとく、実施例１と同様の構成のガス素子１において、緻密層１１１に対し多孔層１１２に達する切り込み部１６２を設ける。
これにより、同図に示す矢線ｃに示すごとく、切り込み部１６２から多孔層１１２に被測定ガスが導入されるため、ガスセンサ素子１の側面１０１から切り込み部１６１までの距離Δｎ分だけ拡散距離を減らすことができる。
その他は実施例１と同様である。
また、図１３、図１４のいずれについても実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１５に示すごとく、拡散断面積を減らして調整を行なう方法について説明する。
図１５に示すごとく、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１において、拡散抵抗層１１の多孔層１１２における側面１０１と対面する端面１１０に対し部分的に封止部１１７を設けてある。封止部１１７の長さΔｌは出力調整量に応じて定める。
また、封止部１１７の材料は結晶化ガラスで、被測定ガスが透過しない。
その他は実施例１と同様である。

この封止部１１７は被測定ガスを透過させないため、封止部１１７を設けたΔｌの領域だけ被測定ガスとの接触面が減少、つまり拡散抵抗層１１の拡散断面積が減少する。従って、導入される被測定ガスも減少し、出力電流が減少する。
よって、これを利用した出力調整を行なうことができる。
また、この調整方法は拡散抵抗層１１に手を加えることで実現可能で、特に外部回路等を使用する必要がない。
その他は実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例８）
本例も拡散断面積を調整して出力調整を行なう方法について説明する。
図１６に示すごとく、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１には緻密層１１１に対し多数の出力調整穴１７５が設けてある。
この出力調整穴１７５は多孔層１１２まで貫通している。
そして、ガスセンサ素子１の出力調整の際には、出力調整量に応じた個数の出力調整穴１７５をガスを透過させない結晶化ガラスよりなる封止材で封止する。
その他は実施例１と同様である。
仮にすべての出力調整穴１７５が開放されている場合、ガスセンサ素子１の拡散断面積は、多孔層１１２が被測定ガスと対面する部分の面積と全部の出力調整穴１７５の断面積とを合わせた面積となる。
出力調整穴１７５を一つ封止することで、穴一分だけ拡散断面積が減少する。
よって、これを利用することで出力調整を行なうことができる。
その他は実施例１と同様の作用効果を有する。

また、同様な例として、実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１において、出力調整穴がない緻密層１１１に出力調整穴を設けても良い。
緻密層１１１への出力調整穴加工方法は、研削、レーザー照射、化学エッチング等が利用できる。
この方法も実施例７と同様な効果を得ることができる。

実施例１における、（ａ）ガスセンサ素子の平面図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図。 実施例１における、多孔層における被測定ガスの拡散経路の説明図。 実施例１における、ガスセンサ素子の斜視展開図。 実施例１における、２Δｔと出力電流との関係を示す線図。 実施例１における、ガスセンサ素子の個数と出力電流との分布を示す線図。 実施例２における、Δｔと出力電流の変化率との関係を２次関数で近似した曲線を示す線図。 実施例２における、Δｔと出力電流の変化率との関係を１次関数で近似した曲線を示す線図。 実施例３における、拡散抵抗層だけを斜めに研削する状態を示す斜視図。 実施例３における、拡散抵抗層だけを斜めに研削する状態を示す断面図。 実施例３における、拡散抵抗層だけを側面と平行に研削する状態を示す断面図。 実施例４における、多孔層だけを側面と平行に研削する状態を示す断面図。 実施例５における、多孔層のみからなる拡散抵抗層において、表面と平行に多孔層を研削する状態を示す断面説明図。 実施例６における、（ａ）緻密層を部分的に除去する状態を示す平面図、（ｂ）被測定ガスの拡散経路の説明図（図１３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図）。 実施例６における、（ａ）緻密層を部分的に除去する状態を示す平面図、（ｂ）被測定ガスの拡散経路の説明図（図１４（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図）。 実施例７における、多孔層の側面に露出した端部を封止する状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）図１５（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図。 実施例８における、緻密層に設けた多数の出力調整穴を封止する状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）図１６（ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図。 従来のガスセンサ素子の平面図。 図１７のＦ−Ｆ矢視断面図。 ガスセンサ素子における印加電圧と出力電流との関係を示す線図。 ガスセンサ素子の個数と出力電流との分布を示す線図。

符号の説明

１ ガスセンサ素子
１１ 拡散抵抗層
１１１ 緻密層
１１２ 多孔層
１２ 固体電解質体
１２１ 被測定ガス側電極
１２２ 基準ガス側電極

Claims (9)

1. 固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けた一対の基準電極と被測定ガス側電極とよりなり、該被測定ガス側電極における被測定ガスと対面する面に拡散抵抗層を設けてなるガスセンサ素子の出力を調整するに当たり、
   （１）ガスセンサ素子の出力電流を測定し、この出力電流をＡ０とする
   （２）ガスセンサ素子において、被測定ガス側電極に対する被測定ガスの拡散距離を変更する加工を行い、加工後のガスセンサ素子の出力電流を測定し、この時の出力電流をＡ１とする
   （３）Ａ０、Ａ１から拡散距離と出力電流との間の関係を近似する関数ｆを得る
   （４）上記関数ｆより、所望の出力電流Ａを得るために必要な拡散距離Ｃを算出する
   （５）拡散距離がＣとなるようにガスセンサ素子を加工する
   ことを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
2. 請求項１において、拡散距離がそれぞれ異なる際の出力電流をＡ０、Ａ１、Ａ３・・・と、２点以上計測し、該２点以上の出力電流に基づいて拡散距離と出力電流との間の関係を近似する２次関数または１次関数ｆ’を得ることを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
3. 請求項１または２において、上記拡散距離を変更するにあたり、上記拡散抵抗層を研削し、部分的に除去することを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
4. 請求項１または２において、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記多孔層を研削し、部分的に除去することを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
5. 請求項１または２において、上記拡散抵抗層は多孔層からなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記多孔層を研削し、部分的に除去することを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
6. 請求項１または２において、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散距離を変更するにあたり、上記緻密層を研削し、部分的に除去することを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
7. 請求項１または２において、上記拡散抵抗層をガスセンサ素子の側面と直交する表面から、ガスセンサ素子の側面に向けて斜め方向に除去することで、上記拡散距離を変更することを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
8. 固体電解質体と該固体電解質体の表面に設けた一対の基準電極と被測定ガス側電極とよりなり、該被測定ガス側電極における被測定ガスと対面する面に拡散抵抗層を設けてなるガスセンサ素子の出力を調整するに当たり、
   （１）ガスセンサ素子の出力電流を測定し、この出力電流をＢ０とする
   （２）ガスセンサ素子において、被測定ガス側電極に対する被測定ガスの拡散断面積を変更する加工を行い、加工後のガスセンサ素子の出力電流を測定し、この時の出力電流をＢ１とする
   （３）Ｂ０、Ｂ１から拡散断面積と出力電流との間の関係を近似する一次関数ｇを得る
   （４）上記一次関数ｇより、所望の出力電流Ｂを得るために必要な拡散断面積Ｄを算出する
   （５）拡散断面積がＤとなるようにガスセンサ素子を加工する
   ことを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
9. 請求項８において、上記拡散抵抗層は多孔層と緻密層とからなり、上記拡散断面積を変更するにあたり、
   （Ａ）上記拡散抵抗層における被測定ガスと接触する緻密層を除去し、多孔層を露出させる、
   または（Ｂ）上記拡散抵抗層における被測定ガスと接触する多孔層を緻密層で覆う、
   ことを特徴とするガスセンサ素子の出力調整方法。
   

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