JP2018189543A - ガスセンサ素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】拡散多孔質層を備えたガスセンサ素子の製造バラツキ等による出力及び応答性の変動を抑制したガスセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】測定室に配置されて外部に臨む拡散多孔質層と、測定室の側壁をなすセラミック絶縁層と、を備えたガスセンサ素子の製造方法であって、予め所定寸法に切断された個片状の未焼成拡散多孔質層を、第１セラミックグリーンシート１１０ｘ上に転写する転写工程と、セラミック絶縁層となる絶縁性ペーストを第１セラミックグリーンシート上に塗布する塗布工程と、第１セラミックグリーンシートと第２セラミックグリーンシート１２０ｘとを積層してセラミック積層体２００ｘを形成する積層工程と、所定の切断線Ｃに沿ってセラミック積層体を切断することで、ガスセンサ素子片１０ｘを複数切りだす切断工程と、ガスセンサ素子片を焼成する焼成工程と、を少なくとも有する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子の製造方法に関する。
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは自身の内部にガスセンサ素子を有し、ガスセンサ素子は、固体電解質体と該固体電解質体に配置された基準ガス側電極及び被測定ガス側電極を有し、被測定ガス側電極は素子内部の測定室に臨んでいる。さらに、測定室は拡散多孔質層を介して外部と連通しており、拡散多孔質層は外部と測定室との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する。
ところが、ガスセンサ素子の製造バラツキにより、拡散多孔質層の寸法が変動し、ガスの拡散距離も変動してガスセンサ素子の出力が変わってしまうという問題がある。そこで、ガスセンサ素子の側面を削り、この側面に延びた拡散多孔質層を部分的に除去することで、ガスの拡散距離及びガスセンサ素子の出力を調整する技術が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１５３８３５号公報（図１）
しかしながら、ガスセンサ素子の出力を調整するために拡散多孔質層の寸法を短くしてガスの拡散距離を変化させると、ガスセンサ素子の応答性が変わってしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、拡散多孔質層を備えたガスセンサ素子の製造バラツキ等による出力及び応答性の変動を抑制したガスセンサ素子の製造方法の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子の製造方法は、軸線方向に延び、固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けられた基準ガス側電極及び被測定ガス側電極と、前記被測定ガス側電極を臨ませる測定室と、前記測定室に配置されて外部に臨む拡散多孔質層と、前記測定室の側壁をなすセラミック絶縁層と、を備えたガスセンサ素子の製造方法であって、予め所定寸法になるよう切断され、焼成されて前記拡散多孔質層となる個片状の未焼成拡散多孔質層を複数備えたシートを準備し、ガスセンサ素子を複数個取り可能な大きさに構成された絶縁性の第１セラミックグリーンシート上に該シートから複数の前記未焼成拡散多孔質層を転写する転写工程と、焼成されて前記セラミック絶縁層となる絶縁性ペーストを前記第１セラミックグリーンシート上に塗布する塗布工程と、前記基準ガス側電極及び前記被測定ガス側電極を備える前記固体電解質体を含む第２セラミックグリーンシートを準備し、前記第１セラミックグリーンシートと前記第２セラミックグリーンシートとを積層してセラミック積層体を形成する積層工程と、所定の切断線に沿って前記セラミック積層体を切断することで、ガスセンサ素子片を複数切りだす切断工程と、前記ガスセンサ素子片を焼成することで、前記ガスセンサ素子を得る焼成工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、未焼成拡散多孔質層が予め所定寸法になるよう切断されてガスセンサ素子片となる第１セラミックグリーンシート上に転写されている。このため、ガスセンサ素子片を切りだしてガスセンサ素子を焼成した際、拡散多孔質層の寸法が製造バラツキにより変動することが抑制され、ガスの拡散距離の変動によるガスセンサ素子の出力変動を抑制できる。又、拡散多孔質層の寸法が一定であるので、ガスの拡散距離が変化してガスセンサ素子の応答性が変動することも抑制できる。
本発明のガスセンサ素子の製造方法において、前記転写工程にて、前記切断線を前記外部に臨む面に沿った自身の中心線に合わせて跨ぐように前記未焼成拡散多孔質層を転写するとよい。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、切断工程にて未焼成拡散多孔質層の幅の丁度半分の幅で各未焼成拡散多孔質層が切断され、同一の幅で各ガスセンサ素子片（ガスセンサ素子）を製造できるので、未焼成拡散多孔質層を無駄なく利用できる。
本発明のガスセンサ素子の製造方法において、前記塗布工程にて、前記測定室の先端と前記未焼成拡散多孔質層との先端を面一に合わせてもよい。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、被測定ガスが素子先端側から流れて来る態様のガスセンサ素子において、ガス導入口を測定室の先端に配置可能となるため、被測定ガスへの応答速度の遅延を起こさずに、酸素濃度出力を調整することができる。
この発明によれば、拡散多孔質層を備えたガスセンサ素子の製造バラツキ等による出力及び応答性の変動を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法によって製造されるガスセンサ（酸素センサ）の一例の軸線方向に沿う断面図である。 ガスセンサ素子の模式分解斜視図である。 ガスセンサ素子の軸線方向に直交する模式断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、転写工程と塗布工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、積層工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、切断工程を示す図である。 第１セラミックグリーンシート上に未焼成拡散多孔質層及び絶縁性ペーストを転写及び塗布した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法によって製造されるガスセンサ素子の模式分解斜視図である。 ガスセンサ素子の幅方向に沿う模式断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、転写工程と塗布工程を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、積層工程を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法における、切断工程を示す図である。 第１セラミックグリーンシート上に未焼成拡散多孔質層及び絶縁性ペーストを転写及び塗布した状態を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法によって製造されるガスセンサ（酸素センサ）１の一例の軸線Ｌ方向に沿う断面図、図２はガスセンサ素子１０の模式分解斜視図、図３はガスセンサ素子１０の軸線Ｌ方向に沿い、図１に直交する断面図である。
ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０と主体金具２０とを主に備える。ガスセンサ素子１０は長尺板状の素子であり、被測定ガスである排ガス中の酸素濃度を測定するためのセンサセルを有している。ガスセンサ素子１０は、センサセルが配置されている先端部１０ｓと、リード線７９と電気的に接続されるセンサパッド部１４、１５（１５のみ図示）が配置されている後端部１０ｋとを有する。ガスセンサ素子１０は、先端部１０ｓが主体金具２０の先端側より突出し、後端部１０ｋが主体金具２０の後端側よりも突出した形態で、主体金具２０によって保持されている。
主体金具２０は、ガスセンサ素子１０を内部に保持する筒状をなし、主体金具２０の先端側には金属製筒状の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が配置され、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆っている。外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２は複数のガス導入孔３１ｈ、３２ｈを有し、ガス導入孔３１ｈ、３２ｈを通じて被測定ガスをガスセンサ素子１０の先端部１０ｓの周囲に導入する。
主体金具２０の内部には、ガスセンサ素子１０の外周を取り囲む環状のセラミックホルダ２１と、粉末充填層（以下、滑石リングともいう）２２，２３と、セラミックスリーブ２４とが、この順に先端側から配置されている。セラミックホルダ２１及び滑石リング２２の外周には、金属ホルダ２５が配置され、セラミックスリーブ２４の後端側には加締めパッキン２６が配置されている。そして、主体金具２０の後端部２７は、加締めパッキン２６を介してセラミックスリーブ２４を先端側に押圧するように加締められている。
主体金具２０の後端側には、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを取り囲むように筒状の外筒５１が配置されている。さらに、外筒５１の内側には、セパレータ６０が配置されている。セパレータ６０は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを取り囲むと共に、４本のリード線７８，７９（図１では２本のみ表示）を互いに離間して保持する。
セパレータ６０は軸線Ｌ方向に貫通する挿入孔６２を有し、挿入孔６２にガスセンサ素子１０の後端部１０ｋが挿入されている。又、挿入孔６２には４個の端子部材７５，７６が互いに離間して配置されており、それぞれガスセンサ素子１０のセンサパッド部１４、１５及び図示しない２個のヒータパッド部１６，１７（１７のみ図示）に電気的に接続されている。
一方、外筒５１の後端側には、外筒５１の後端開口部を閉塞するグロメット７３が嵌合され、４本のリード線７８，７９がグロメット７３の挿通孔を貫通して外部に引き出されている。なお、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋと外部の大気とは、図示しない連通路によって連通している。
次に、図２、図３を参照してガスセンサ素子１０の構成について説明する。
ガスセンサ素子１０は厚さ方向（積層方向）に、図２の上方から順に、第１セラミック層１１０、第２セラミック層１２０、第３セラミック層１３０、及びヒータ層１４０を積層してなる。各層１１０〜１４０は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。
第１セラミック層１１０は、保護層１１０ａと、測定室層１１０ｂとを積層してなり、測定室層１１０ｂの先端側（図２の左側）には測定室１１１が矩形状に開口している。又、測定室層１１０ｂの長辺側の両側面には、測定室１１１を外部と区画する拡散多孔質層１１３が配置されている。一方、測定室１１１の先端側と後端側には、測定室１１１の側壁をなすセラミック絶縁層１１５が配置されている。
測定室１１１は拡散多孔質層１１３を介して外部と連通しており、拡散多孔質層１１３は外部と測定室１１１との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する。又、各拡散多孔質層１１３はガスセンサ素子１０の長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う両側壁を構成して外部に臨むようになっている。
第２セラミック層１２０は、矩形板状の固体電解質体１２２を備えたセル層１２１と、固体電解質体１２２の表裏面にそれぞれ設けられた基準ガス側電極１２３及び被測定ガス側電極１２５とを備えている。セル層１２１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１２１ｈが設けられ、貫通部１２１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１２２が配置されている。なお、基準ガス側電極１２３は基準ガス側電極部１２３Ｅ、及び、当該基準ガス側電極部１２３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１２３Ｌからなり、被測定ガス側電極１２５は被測定ガス側電極部１２５Ｅ、及び、当該被測定ガス側電極部１２５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１２５Ｌからなる。
固体電解質体１２２，基準ガス側電極１２３及び被測定ガス側電極１２５は、被測定ガス中の酸素濃度の検出セルを構成し、被測定ガス側電極部１２５Ｅは測定室１１１に臨み、基準ガス側電極部１２３Ｅは後述する大気導入室１３１に臨んでいる。
リード部１２３Ｌは、セル層１２１、測定室層１１０ｂ及び保護層１１０ａに設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１４と電気的に接続されている。又、リード部１２５Ｌは、測定室層１１０ｂ及び保護層１１０ａに設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、基準ガス側電極１２３及び被測定ガス側電極１２５の検出信号が、センサパッド部１４，１５から２本のリード線７９を介して外部に出力され、酸素濃度が検出される。
第３セラミック層１３０は、先端側（図２の左側）に大気導入室１３１が矩形状に開口する枠体をなしている。又、大気導入室１３１から第３セラミック層１３０の後端に向かい、第３セラミック層１３０の幅方向中央が切り欠かれ、この切り欠き部１３０ｈに多孔質層１３２が埋め込まれている。
このように、大気導入室１３１は多孔質層１３２を介して外部と連通している。
ヒータ層１４０は、第１層１４０ａ、第２層１４０ｂ、及び第１層１４０ａと第２層１４０ｂの間に配置される発熱体１４１を備えている。第１層１４０ａは第３セラミック層１３０と対向している。発熱体１４１は、蛇行状のパターンを有する発熱部１４１ｍ、及び発熱部１４１ｍの両端から後端側に延びる２つのリード部１４１Ｌを備えている。
各リード部１４１Ｌは、第２層１４０ｂに設けられたスルーホールを介してヒータパッド部１６，１７と電気的に接続されている。そして、２本のリード線７８を介してヒータパッド部１６，１７から発熱体１４１に通電することで、発熱体１４１が発熱し、固体電解質体１２２を活性化する。
固体電解質体１２２は、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成することができる。
基準ガス側電極１２３及び被測定ガス側電極１２５、発熱体１４１、センサパッド部１４，１５、ヒータパッド部１６，１７は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
次に、図４〜図７を参照して本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、未焼成の拡散多孔質層１１３を組成とするシート１１３ｓを準備し、例えばレーザ５００によって個片状の未焼成拡散多孔質層１１３ｘを、予め所定寸法になるよう複数個切断する。そして、絶縁性の第１セラミックグリーンシート１１０ｘ上にシート１１３ｓから複数の未焼成拡散多孔質層１１３ｘを転写する（転写工程）。
ここで、第１セラミックグリーンシート１１０ｘは、焼成後に保護層１１０ａとなるものである。又、第１セラミックグリーンシート１１０ｘは、ガスセンサ素子１０を複数個取り可能な大きさに構成されている。又、本実施形態では、未焼成拡散多孔質層１１３ｘは軸線Ｌ方向に長い矩形状である。
次に、図４（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１０の幅方向に隣接する未焼成拡散多孔質層１１３ｘの間に、焼失性カーボン層１１１ｘのペーストを印刷する。焼失性カーボン層１１１ｘは、第１セラミックグリーンシート１１０ｘの焼成によって焼失し、測定室１１１となる空間を形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁性ペースト１１５ｘを、未焼成拡散多孔質層１１３ｘ及び焼失性カーボン層１１１ｘを除く第１セラミックグリーンシート１１０ｘ上に塗布する（塗布工程）。絶縁性ペースト１１５ｘは、焼成されてセラミック絶縁層１１５となる。
次に、図５に示すように、第２セラミックグリーンシート１２０ｘを準備し、第１セラミックグリーンシート１１０ｘと第２セラミックグリーンシートとを積層してセラミック積層体２００ｘを形成する（積層工程）。
ここで、第２セラミックグリーンシート１２０ｘは、焼成されてセル層１２１（第２セラミック層１２０）となる。又、第２セラミックグリーンシート１２０ｘは、ガスセンサ素子１０を複数個取り可能な大きさに構成され、それぞれ未焼成の基準ガス側電極１２３ｘ及び被測定ガス側電極１２５ｘを備える未焼成の固体電解質体１２２ｘをガスセンサ素子１０の個数に対応して複数組備えている。
又、第２セラミックグリーンシート１２０ｘのうち、未焼成の被測定ガス側電極１２５ｘが第１セラミックグリーンシート１１０ｘの焼失性カーボン層１１１ｘの内側に対向するように各グリーンシート１１０ｘ、１２０ｘを積層する。
そして、図６（ａ）に示すように、未焼成の第３セラミック層２１０ｘ及びヒータ層１４０ｘを、セラミック積層体２００ｘに積層して最終積層体３００ｘを得る。
次に、図６（ｂ）に示すように、セラミック積層体２００ｘを含む最終積層体３００ｘを、所定の切断線Ｃに沿って切断することで、ガスセンサ素子片１０ｘを複数切りだす（切断工程）。その後、図示しないが、ガスセンサ素子片１０ｘを焼成することで、ガスセンサ素子１０を得る（焼成工程）。
以上のように、未焼成拡散多孔質層１１３ｘが予め所定寸法になるよう切断されてガスセンサ素子片１０ｘとなる第１セラミックグリーンシート１１０ｘ上に転写されている。このため、ガスセンサ素子片１０ｘを切りだしてガスセンサ素子１０を焼成した際、拡散多孔質層１１３の寸法が製造バラツキにより変動することが抑制され、ガスの拡散距離の変動によるガスセンサ素子の出力変動を抑制できる。又、拡散多孔質層の寸法が一定であるので、ガスの拡散距離が変化してガスセンサ素子の応答性が変動することも抑制できる。
ここで、本実施形態では、図７に示すように、未焼成拡散多孔質層１１３ｘはガスセンサ素子片１０ｘの長手方向に沿う側壁を構成し、図２に示す焼成後のガスセンサ素子１０においては拡散多孔質層１１３が外部に臨むようになっている。
このため、転写工程にて、切断線Ｃを、外部に臨む面（未焼成拡散多孔質層１１３ｘの長手方向）に沿った自身の中心線に合わせて跨ぐように未焼成拡散多孔質層１１３ｘを転写すると、切断工程にて未焼成拡散多孔質層１１３ｘの幅Ｗ２の丁度半分の幅Ｗ１で各未焼成拡散多孔質層１１３ｘが切断され、同一の幅Ｗ１で各ガスセンサ素子片１０ｘ（ガスセンサ素子１０）を製造できるので、未焼成拡散多孔質層１１３ｘを無駄なく利用できる。
なお、最終積層体３００ｘの周縁に臨むガスセンサ素子片１０ｘにおいては、切断線Ｃで切断されるより外周側の部位は適宜廃棄される。
又、本実施形態では、図７に示すように、塗布工程にて、測定室１１１となる焼失性カーボン１１１ｘの先端と未焼成拡散多孔質層１１３ｘとの先端を面一に合わせている。これにより、被測定ガスが素子先端側から流れて来る態様のガスセンサ素子において、ガス導入口を測定室の先端に配置可能となるため、被測定ガスへの応答速度の遅延を起こさずに、酸素濃度出力を調整することができる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法によって製造されるガスセンサ素子１９の模式分解斜視図、図９はガスセンサ素子１９の幅方向に沿う断面図である。
なお、ガスセンサ素子１９が組み付けられるガスセンサの構成は、第１の実施形態に係るガスセンサ１（図１）と同様であるので図示を省略する。
ガスセンサ素子１９は厚さ方向（積層方向）に、図８の上方から順に、第１セラミック層１８０、第２セラミック層１６０、第３セラミック層１７０、第４セラミック層１５０及びヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８０は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。
第１セラミック層１８０は、先端側（図８の左側）に矩形状に開口する貫通部１８１ｈを有し、貫通部１８１ｈに埋め込まれるように多孔質層１８２が配置されている。第１セラミック層１８０は以下の第２セラミック層１６０を保護して覆い、多孔質層１８２は第２セラミック層１６０におけるポンプ電極１６３を覆っている。
多孔質層１８２は外部に露出しており、多孔質層１８２を介してポンプ電極１６３と外部との間で酸素の汲み出し及び汲み入れが可能となっている。
第２セラミック層１６０は、矩形板状の固体電解質体１６２を備えたセル層１６１と、固体電解質体１６２の表裏面にそれぞれ設けられた上述のポンプ電極１６３及び対向電極１６５とを備えている。セル層１６１の先端側（図８の左側）には矩形状に開口する貫通部１６１ｈが設けられ、貫通部１６１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１６２が配置されている。なお、ポンプ電極１６３はポンプ電極部１６３Ｅ、及び、当該ポンプ電極部１６３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６３Ｌからなり、対向電極１６５は対向電極部１６５Ｅ、及び、当該対向電極部１６５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６５Ｌからなる。
固体電解質体１６２，ポンプ電極１６３及び対向電極１６５は、後述する測定室１７１内の被測定ガス中の酸素の汲み出し及び汲み入れを行う酸素ポンプセルを構成し、対向電極１６５は測定室１７１に臨み、ポンプ電極１６３は多孔質層１８２を介して外部に連通している。
リード部１６３Ｌは、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１３と電気的に接続されている。又、リード部１６５Ｌは、セル層１６１、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、測定室１７１内の酸素濃度に応じ、ポンプ電極１６３及び対向電極１６５の間に流れる電流の方向及び大きさがセンサパッド部１３、１５を介して２本のリード線から外部装置によって制御され、酸素がポンピングされる。
第３セラミック層１７０の先端側（図８の左側）には測定室１７１が矩形状に開口している。又、第３セラミック層１７０の長辺側の両側面には、測定室１７１を外部と区画する拡散多孔質層１７３が配置されている。一方、測定室１７１の先端側と後端側には、測定室１７１の側壁をなすセラミック絶縁層１７５が配置されている。
測定室１７１は拡散多孔質層１７３を介して外部と連通しており、拡散多孔質層１７３は外部と測定室１７１との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する。
第４セラミック層１５０は、矩形板状の固体電解質体１５２を備えたセル層１５１と、固体電解質体１５２の表裏面にそれぞれ設けられた基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５とを備えている。セル層１５１の先端側（図８の左側）には矩形状に開口する貫通部１５１ｈが設けられ、貫通部１５１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１５２が配置されている。なお、基準ガス側電極１５３は基準ガス側電極部１５３Ｅ、及び、当該基準ガス側電極部１５３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５３Ｌからなり、被測定ガス側電極１５５は被測定ガス側電極部１５５Ｅ、及び、当該被測定ガス側電極部１５５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５５Ｌからなる。
固体電解質体１５２，基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５は、被測定ガス中の酸素濃度の検出セルを構成し、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨んでいる。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、リード部１５３Ｌ、スルーホールを介して外部に通気する。
リード部１５３Ｌは、セル層１５１、第３セラミック層１７０、第２セラミック層１６０及び第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１４と電気的に接続されている。又、リード部１５５Ｌは、第３セラミック層１７０、第２セラミック層１６０及び第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の検出信号が、センサパッド部１４，１５から２本のリード線７９を介して外部に出力され、酸素濃度が検出される。
なお、ガスセンサ素子１９においては、検出セル（第４セラミック層）１５０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、酸素ポンプセル（第２セラミック層）１６０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１６０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子を構成する。
ヒータ層１４５は、第１層１４５ａ、第２層１４５ｂ、及び第１層１４５ａと第２層１４５ｂの間に配置される発熱体１４６を備えている。第１層１４５ａは第４セラミック層１５０と対向している。発熱体１４６は、蛇行状のパターンを有する発熱部１４６ｍ、及び発熱部１４６ｍの両端から後端側に延びる２つのリード部１４６Ｌを備えている。
各リード部１４６Ｌは、第２層１４５ｂに設けられたスルーホールを介してヒータパッド部１６，１７と電気的に接続されている。そして、２本のリード線７８を介してヒータパッド部１６，１７から発熱体１４６に通電することで、発熱体１４６が発熱し、固体電解質体１５２，１６２を活性化する。
次に、図１０〜図１３を参照して本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法について説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、未焼成の拡散多孔質層１７３を組成とするシート１７３ｓを準備し、例えばレーザ５００によって個片状の未焼成拡散多孔質層１７３ｘを、予め所定寸法になるよう複数個切断する。そして、絶縁性の第１セラミックグリーンシート１６０ｘ上にシート１７３ｓから複数の未焼成拡散多孔質層１７３ｘを転写する（転写工程）。
ここで、第１セラミックグリーンシート１６０ｘは、焼成後にセル層１６１（第２セラミック層１６０）となるものである。又、第１セラミックグリーンシート１６０ｘは、ガスセンサ素子１９を複数個取り可能な大きさに構成され、図示はしないが、未焼成の固体電解質体１６２、ポンプ電極１６３及び対向電極１６５をガスセンサ素子１９の個数に対応して複数組備えている。なお、未焼成拡散多孔質層１７３ｘは、第１セラミックグリーンシート１６０ｘ上の固体電解質体１６２よりも外側の位置に転写される。
次に、図１０（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１９の幅方向に隣接する未焼成拡散多孔質層１７３ｘの間に、焼失性カーボン層１７１ｘのペーストを印刷する。焼失性カーボン層１７１ｘは、第１セラミックグリーンシート１６０ｘの焼成によって焼失し、測定室１７１となる空間を形成する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、絶縁性ペースト１７５ｘを、未焼成拡散多孔質層１７３ｘ及び焼失性カーボン層１７１ｘを除く第１セラミックグリーンシート１６０ｘ上に塗布する（塗布工程）。絶縁性ペースト１７５ｘは、焼成されてセラミック絶縁層１７５となる。
次に、図１１に示すように、第２セラミックグリーンシート１５０ｘを準備し、第１セラミックグリーンシート１６０ｘと第２セラミックグリーンシート１５０ｘとを積層してセラミック積層体２５０ｘを形成する（積層工程）。
ここで、第２セラミックグリーンシート１５０ｘは、焼成されてセル層１５１（第４セラミック層１５０）となる。又、第２セラミックグリーンシート１５０ｘは、ガスセンサ素子１９を複数個取り可能な大きさに構成され、それぞれ未焼成の基準ガス側電極１５３ｘ及び被測定ガス側電極１５５ｘを備える未焼成の固体電解質体１５２ｘをガスセンサ素子１９の個数に対応して複数組備えている。
又、第２セラミックグリーンシート１５０ｘのうち、未焼成の被測定ガス側電極１５５ｘが第１セラミックグリーンシート１６０ｘ上の焼失性カーボン層１７１ｘの内側に対向するように各グリーンシート１５０ｘ、１６０ｘを積層する。
そして、図１２（ａ）に示すように、未焼成の第１セラミック層１８０ｘ及びヒータ層１４５ｘを、セラミック積層体２５０ｘに積層して最終積層体３００ｘを得る。
次に、図１２（ｂ）に示すように、セラミック積層体２５０ｘを含む最終積層体３００ｘを、所定の切断線Ｃに沿って切断することで、ガスセンサ素子片１９ｘを複数切りだす（切断工程）。その後、図示しないが、ガスセンサ素子片１９ｘを焼成することで、ガスセンサ素子１９を得る（焼成工程）。
以上のように、未焼成拡散多孔質層１７３ｘが予め所定寸法になるよう切断されてガスセンサ素子片１９ｘとなる第１セラミックグリーンシート１６０ｘ上に転写されている。このため、ガスセンサ素子片１９ｘを切りだしてガスセンサ素子１９を焼成した際、拡散多孔質層１７３の寸法が製造バラツキにより変動することが抑制され、ガスの拡散距離の変動によるガスセンサ素子の出力変動を抑制できる。又、拡散多孔質層の寸法が一定であるので、ガスの拡散距離が変化してガスセンサ素子の応答性が変動することも抑制できる。
ここで、本実施形態では、図１３に示すように、未焼成拡散多孔質層１７３ｘはガスセンサ素子片１９ｘの長手方向に沿う側壁を構成し、図８に示す焼成後のガスセンサ素子１９においては拡散多孔質層１７３が外部に臨むようになっている。
このため、転写工程にて、切断線Ｃを、外部に臨む面（未焼成拡散多孔質層１７３ｘの長手方向）に沿った自身の中心線に合わせて跨ぐように未焼成拡散多孔質層１７３ｘを転写すると、切断工程にて未焼成拡散多孔質層１７３ｘの幅Ｗ２の丁度半分の幅Ｗ１で各未焼成拡散多孔質層１７３ｘが切断され、同一の幅Ｗ１で各ガスセンサ素子片１９ｘ（ガスセンサ素子１９）を製造できるので、未焼成拡散多孔質層１７３ｘを無駄なく利用できる。
本発明は上記実施形態に限定されず、固体電解質体と、基準ガス側電極及び被測定ガス側電極と、測定室と拡散多孔質層とを有するあらゆるガスセンサ（ガスセンサ素子）に適用可能であり、本実施の形態の酸素センサ（酸素センサ素子）に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。
また、拡散多孔質層の形状や寸法も限定されない。
１０、１９ ガスセンサ素子
１０ｘ、１９ｘ ガスセンサ素子片
１１０ｘ、１６０ｘ 第１セラミックグリーンシート
１１１、１７１ 測定室
１１３，１７３ 拡散多孔質層
１１３ｘ、１７３ｘ 未焼成拡散多孔質層
１１３ｓ、１７３ｓ 未焼成拡散多孔質層のシート
１１５、１７５ セラミック絶縁層
１１５ｘ、１７５ｘ 絶縁性ペースト
１２０ｘ、１５０ｘ 第２セラミックグリーンシート
１２２、１５２ 固体電解質体
１２３、１５３ 基準ガス側電極
１２５、１５５ 被測定ガス側電極
２００ｘ、２５０ｘ セラミック積層体
Ｌ 軸線
Ｃ 切断線

Claims (3)

  1. 軸線方向に延び、固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けられた基準ガス側電極及び被測定ガス側電極と、前記被測定ガス側電極を臨ませる測定室と、前記測定室に配置されて外部に臨む拡散多孔質層と、前記測定室の側壁をなすセラミック絶縁層と、を備えたガスセンサ素子の製造方法であって、
    予め所定寸法になるよう切断され、焼成されて前記拡散多孔質層となる個片状の未焼成拡散多孔質層を複数備えたシートを準備し、ガスセンサ素子を複数個取り可能な大きさに構成された絶縁性の第１セラミックグリーンシート上に該シートから複数の前記未焼成拡散多孔質層を転写する転写工程と、
    焼成されて前記セラミック絶縁層となる絶縁性ペーストを前記第１セラミックグリーンシート上に塗布する塗布工程と、
    前記基準ガス側電極及び前記被測定ガス側電極を備える前記固体電解質体を含む第２セラミックグリーンシートを準備し、前記第１セラミックグリーンシートと前記第２セラミックグリーンシートとを積層してセラミック積層体を形成する積層工程と、
    所定の切断線に沿って前記セラミック積層体を切断することで、ガスセンサ素子片を複数切りだす切断工程と、
    前記ガスセンサ素子片を焼成することで、前記ガスセンサ素子を得る焼成工程と、を少なくとも有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
  2. 前記転写工程にて、前記切断線を前記外部に臨む面に沿った自身の中心線に合わせて跨ぐように前記未焼成拡散多孔質層を転写する請求項１に記載のガスセンサ素子の製造方法。
  3. 前記塗布工程にて、前記測定室の先端と前記未焼成拡散多孔質層との先端を面一に合わせることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ素子の製造方法。
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