JP3851692B2

JP3851692B2 - ヒータ内蔵型セラミックセンサ

Info

Publication number: JP3851692B2
Application number: JP28023996A
Authority: JP
Inventors: 義昭黒木; 年克安田; 将司本田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10104184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ等のヒータ内蔵型セラミックセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、チタニア等の酸化物半導体を検出素子とする酸素センサ等のガスセンサは、抵抗発熱ヒータを埋設したセラミック基板に検出素子を接合・一体化した構造を有している。このような検出素子にセラミックを用いたガスセンサ（以下、セラミックセンサともいう）は、未焼成のセラミック製のシート（セラミックグリーンシートともいう）の表面に抵抗発熱体粉末のペーストを用いて所定のヒータパターンを複数形成した後、これに別のセラミックグリーンシートを積層し、各々上記ヒータパターンが含まれるように、そのセラミックグリーンシートの積層体を切断により分割してグリーン基板成形体を作り、さらにその基板成形体を焼成することにより製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようなヒータ内蔵型セラミックセンサにおいては、基板がセラミックスで構成されている関係上、熱応力等に対する耐久性には十分考慮を払う必要がある。この場合、特に問題となるのは、熱応力を生じやすいヒータ近傍部分の基板の表面状態であり、例えばセラミックグリーンシートの積層体を切断した際に、その切断面に傷が生じていたりすると、その傷が焼成後のセラミック基板にも残留し、これが破壊の起点となって基板強度が低下してしまう問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、特にヒータが内蔵されたセラミック基板がヒータによる過度の加熱によってもクラックが生じにくいヒータ内蔵型セラミックセンサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明のセラミックセンサは、セラミック基板の上面に、酸化物半導体により構成された検出素子部が一体形成されるとともに、該セラミック基板中にその検出素子部を加熱するためのヒータを内蔵した構造を有し、かつそのセラミック基板は、側面の表面粗度が３０μmＲmax以下とされたことを特徴とする。本発明者らは、ヒータ内蔵型セラミックセンサにおいて熱応力等に対する基板強度を高める上で、該セラミック基板の側面の表面粗度を、３０μmＲmax以下とすることが特に有効であることを見い出し、それによって耐久性に優れたセラミックセンサを実現することに成功したのである。なお、ここでいう表面粗度は、日本工業規格Ｂ−０６０１により測定された表面粗度の最大高さＲmaxを意味する。
【０００６】
セラミック基板の側面の表面粗度が３０μmＲmax以上になると、ヒータによるセラミック基板の通電加熱時等において、基板に割れやクラック等の不具合が生じやすくなる。その理由は次のように推測される。ヒータを内蔵したセラミック基板は加熱開始直後において、そのヒータ近傍の基板表面で放熱条件に差が生じる。特に表面粗度が大きいと熱が集中しやすくなる場所が発生し、その場所を中心にクラックが生じると考えられる。特に積層界面が外部に露出する側面においては、熱集中によるクラックの発生が起きやすい。なお、該表面粗度は、より望ましくは２６μmＲmax以下とするのがよい。また、上記表面粗度は、その中心線平均粗さ（Ｒａ）を１５μmＲa以下、望ましくは１３．３μmＲa以下とするのがよい。
【０００７】
上記セラミックセンサは、具体的には、セラミックグリーンシートの表面に、抵抗発熱体粉末のペーストを用いて所定のヒータパターンを複数形成し、セラミックグリーンシートの前記ヒータパターンの形成側に別のセラミックグリーンシートを積層し、各々上記ヒータパターンが含まれるように、該セラミックグリーンシートの積層体を切断により分割して基板成形体を作り、さらにその基板成形体を焼成することにより製造することができる。この場合、セラミックグリーンシートに基づく部分がセラミック基板となり、またヒータパターンに基づく部分がヒータとなる。積層体を切断した切断面はセラミック基板の上下面に比べて表面粗度が大きく、熱の集中が起きてクラックが生じやすいが、本発明においてはその表面粗度を３０μmＲmax以下とすることでクラックの発生を防止することができる。
【０００８】
上述のような構成のセラミックセンサにおいて、セラミック基板の側面の表面粗度を３０μmＲmax以下とするためには、焼成後のセラミック基板の側面を研磨により平滑化することも考えられるが、焼成前、すなわちグリーン成形体の段階で対応する端面部を平滑に仕上げておくほうが経済的には有効である。この場合、該端面部が、セラミックグリーンシート積層体（以下、単に積層体ともいう）の切断により形成されることから、その切断精度の向上を図ることが肝要となる。
【０００９】
例えば、その切断の具体的な方法としては、打抜きダイと打抜きパンチとの間に積層体を配置し、その状態で打抜きパンチを打抜きダイのダイ孔に対し相対的に進入させて、積層体から所定の部分を打ち抜く方法、あるいは回転刃等の切断刃を用いて切断する方法が挙げられる。そして、前者の方法では、グリーンシートを形成しているコンパウンドの硬度、打抜速度及び打抜荷重の調整により、また後者の方法では、同じくコンパウンドの硬度と切断速度との調整により、その切断面を平滑化して、焼成後の対応面（すなわち、基板の側面）の表面粗度を上記範囲のものとなるように調整することが可能となる。
【００１０】
ところで、酸化物半導体で構成された検出素子部をセラミック基板に接合した上記セラミックセンサにおいては、該検出素子部とセラミック基板との間の接合力を高めるために、その接合面において両者にまたがるように、多数のアルミナ小球等のセラミック小粒状物を分散した状態で埋設することが行われている。この場合はセラミックセンサは、セラミック基板の所定の領域に多数のセラミック小粒状物が分散固定され、そのセラミック小粒状物が固定された領域においてセラミック基板の板面に対し検出素子部が接合された構造を有するものとなるが、特にこのようなセラミックセンサにおいては、該セラミック基板の板面のうち、上記側面側の縁を含む所定幅の部分に、セラミック小粒状物が固定されていない領域を形成するようにすることが、その側面の表面粗度を小さくするためには重要である。
【００１１】
まず、図１１（ａ）に示すように、セラミックグリーンシートの積層体（Ｓ）に対し、各々グリーン成形体となるべき複数の積層体部分（Ｇ）を、検出素子部の接合が予定された領域（素子接合領域：Ａ）が互いに隣接するように複数設定し、次いで、それら素子接合領域Ａにまたがるように有機溶剤を塗布し、セラミックグリーンシートに含まれる樹脂バインダを部分的に溶解ないし膨潤させて、その塗布面を粘着層とする。
【００１２】
次に、隣接する複数の素子接合領域Ａを一体的に覆う大きさのシリコンゴムシート（Ｒ）にセラミック小粒状物を分散・保持させ、これを積層体（Ｓ）に重ね合わせて圧着することにより、図１１（ｂ）に示すように、保持されたセラミック小粒状物（Ｐ）が各素子接合領域Ａに転写される。その後、該セラミックグリーンシート（Ｓ）は切断ないし打ち抜きにより、複数のグリーン成形体（Ｇ）に分割される。そして、得られたグリーン成形体（Ｇ）を焼成することにより、素子接合領域にセラミック小粒状物（Ｐ）が分散固定されたセラミック基板が形成される。そして、そのセラミック基板の板面の該素子接合領域（Ａ）に、酸化物半導体粉末を含有したペーストを盛り、その後これを二次焼成することにより、上記ペースト部分が焼結されてセラミック基板にセラミック小粒状物を介して接合され、検出素子部となる。
【００１３】
ところで、上記方法においては、図１１（ｂ）に示すように、セラミック小粒状物（Ｐ）の転写領域が、互いに隣接する素子接合領域（Ａ）にまたがって一体的に形成され、グリーン成形体（Ｇ）に分割するための切断線（Ｃ）は、該転写領域を横切って形成されることとなる。このとき、図１２（ａ）に示すように、切断線（Ｃ）上に位置するセラミック小粒状物（Ｐ）が、切断刃（あるいは打抜きパンチ）により押し下げられ、これがグリーン成形体（Ｇ）の側面（切断面）に多数の溝状の傷（Ｙ）を作るので、焼成後のセラミック基板の対応する側面の表面粗度が大きくなってしまう問題がある。また、これとは別に次のような問題が生ずることもある。すなわち、検出素子部としての酸化物半導体層は、焼成後の上記セラミック基板の素子接合領域に相当する位置に、該酸化物半導体の粉末を含有するペーストを盛り、これを二次焼成することにより形成されるのであるが、図１２（ｃ）に示すように、セラミック基板（Ｈ）の側面に傷（Ｙ’）が形成されていると、上記ペースト（Ｌ）が該溝（Ｙ’）を伝って液だれを起こしやすくなる。
【００１４】
そこで、積層体の上記切断線に沿って、セラミック小粒状物を付着させない領域を形成すれば、セラミック小粒状物の押し下げによる切断面への傷の形成が防止され、結果としてセラミック基板の対応する側面に傷が形成されにくくなり、その表面粗度を小さくすることができる。そして、このようにして製造されたセラミックセンサにおいては、上記側面側の縁を含む所定幅の部分に、セラミック小粒状物が固定されていない。
【００１５】
セラミック小粒状物が固定されない上記領域（以下、粒状物非固定領域という）の幅は、グリーン成形体の段階において、少なくとも切断刃（あるいは打抜きパンチ）の通過を許容する程度の幅を確保しておく必要がある。従って、切断刃又は打抜きパンチの寸法により、接合阻止層の最適の幅は変化することとなるが、一つの目安としては前述のセラミック小粒状物の平均粒子径よりも大きく設定することが望ましいといえる。接合阻止層の幅がこれよりも小さくなると、切断時においてセラミック小粒状物と切断刃あるいは打抜きパンチとの干渉が生じやすくなり、該粒状物の押し下げによる傷発生を防止する効果が不十分となる。
【００１６】
また、粒状物非固定領域を形成する具体的な方法としては、例えば以下の手法を採用することができる。すなわちセラミックグリーンシートあるいはその積層体（以下、両者を総称してセラミックグリーンシートという）の表面に、セラミック小粒状物を固着したい領域に、グリーンシートに含有されるバインダを溶解又は膨潤させる性質を有した粘着誘起液体を塗布することにより粘着層を形成し、その状態で該表面にセラミック小粒状物を接触させることにより、セラミックグリーンシートとセラミック小粒状物とを上記粘着層を介して接合するとともに、粘着誘起液体の塗布に先立って、セラミックグリーンシートの表面のうち、粒状物非固定領域に予定された部分には、粘着誘起液体に対して不溶性又は難溶性の材料で構成された接合阻止層を予め形成するようにする。これにより、グリーン成形体表面の接合阻止層の形成部分においては、バインダと粘着誘起液体との接触が該接合阻止層により阻止されるので粘着層が形成されず、結果としてセラミック小粒状物は該領域には付着しないこととなり、粒状物非固定領域を能率よくかつ確実に形成することができる。
【００１７】
上記接合阻止層は、その形成材料を所定の溶媒に溶解又は分散させた塗料を用いて、グリーンシートの表面に、例えばスクリーン印刷等によりパターン印刷することにより、極めて能率よくしかも高精度で形成することができる。また、接合阻止層を形成する材料は、前述の通り粘着誘起液体に対して不溶性又は難溶性の材料とする必要がある。この場合、「難溶性」とは、前記粘着誘起液体に対する溶解度が、被接合体に対する粘着・保持能力を生じない程度のものであることをいう。なお、接合阻止層を形成する材料の粘着誘起液体に対する溶解度は、少なくとも上記バインダ成分に比べて小さなものでなければならない。例えばセラミックグリーンシートは、一般に親油性のバインダを用いて製造されるが、この場合は粘着誘起液体は、そのバインダを溶解又は膨潤させる性質を有した有機溶剤を主体とするものが使用される。また、接合阻止層は、親水性の材料により形成される。なお、接合阻止層は、焼成工程における焼成温度において分解又は蒸発する材料により形成しておけば、最終的な焼成体に接合阻止層の成分が残留しなくなるので都合がよい。
【００１８】
なお、接合阻止層を構成する上記親水性の材料としては、例えばアラビアゴムを主体とするものが使用できる。また、アラビアゴム以外にも、セロゲン（商品名：第一工業製薬（株））、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デキストリン、澱粉等、水に可溶で、有機溶剤には溶解しにくい性質を有した各種有機物質を使用することができる。また、粘着誘起液体として使用される有機溶剤に溶解しないものであれば、特に親水性を有さない材質を使用することもできる。
【００１９】
一方、粒状物非固定領域は、例えば金属等で構成されたマスク部材を用いてセラミックグリーンシートの所望の表面部分をマスキングし、次いでセラミック小粒状物を転写することで、該マスキング部分におけるセラミック小粒状物の付着を阻止する方法によっても形成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例としてのヒータ内蔵型セラミックセンサ（以下、単にセラミックセンサという）５０の構造を模式的に示したものである。すなわち、セラミックセンサ５０は、例えば酸素検出用のものであり、アルミナ等により横長方形に形成されたセラミック基板３６の上面の、その一方の端部側に切欠き状の段付部３６ａを形成し、その段付部３６ａにおいて該セラミック基板３６の板面に凹部３４を形成するとともに、該凹部３４を包含する領域にチタニア等の酸化物半導体により構成された検出素子部４１が接合・一体化されている。また、セラミック基板３６の厚さ方向中間部には、その検出素子部４１からの出力を取り出すためのリード部３７が、その板面長手方向に沿って埋設形成されている。また、このリード部３７の末端部は、セラミック基板３６の上記検出素子部４１が形成されているのとは反対側の端面部に一端が埋設され、かつ該端面から突出する端子部９に接続されている。
【００２１】
一方、セラミック基板３６には、上記検出素子部４１の直下位置に対応してこれを取り囲む形状に形成されたヒータ３８が、その板厚方向中間部において埋設されており、これに通電するためのリード部３９が、同じく該セラミック基板３６に埋設されてその板面長手方向に延びるとともに、その末端部が、前述のリード部３７に対応するものと同様の端子部１２に接続している。
【００２２】
次に、セラミック基板３６の板面３６ｂには、その縁部を除く所定の領域に、セラミック小粒状物としての多数のアルミナ小球２１が分散固定され、そのアルミナ小球２１が固定された領域（以下、素子接合領域という）Ａに検出素子部４１が接合されている。このアルミナ小球２１は、セラミック基板３６と検出素子部４１との接合面において、両者にまたがって食込みを生ずるように固定されており、その接合強度を向上させる役割を果たしている。
【００２３】
そして、このセラミック基板３６の幅方向両側の側面３６ｃは、その表面粗度が３０μmＲmax以下、望ましくは２６μmＲmax以下に調整されている。そして、その板面３６ｂにおいて、素子接合領域Ａの側面３６ｃ側の縁を含む所定幅（例えば０．０９〜０．２０mm）ｗの部分に、アルミナ小球２１の固定されていない領域、すなわち粒状物非固定領域６０が形成されている。
【００２４】
上記セラミックセンサ５０は、ヒータ３８に通電することにより検出素子部４１を所定の温度に加熱し、その状態で検出素子部４１を検出対象となる雰囲気に暴露することにより、雰囲気中の酸素をその表面に吸着させ、該吸着に伴う検出素子部４１の電気抵抗変化を例えば電圧変化の形で出力させる。検出素子部４１の電気抵抗は、その表面への酸素の吸着量、すなわち雰囲気中の酸素濃度に応じて変化することから、センサの出力電圧は雰囲気中の酸素濃度を反映したものとなる。
【００２５】
ここで、ヒータ３８の通電発熱に伴い急激な温度上昇がセラミック基板３６中に生じても、セラミック基板３６の側面３６ｃの表面粗度が３０μmＲmax以下とされていることから、局部的な加熱による熱応力の集中が起きにくく、ひいてはクラック等も生じにくい。
【００２６】
図２〜図８は、上記セラミックセンサ５０の製造方法の一例を示す工程説明図である。該センサ５０は、そのセラミック基板が、複数のセラミックグリーンシート（以下、単にグリーンシートという）を積層してこれを焼成することにより製造されるいわゆる積層形セラミックセンサとして構成されるのであるが、図２はその製造に用いられるグリーンシートの一例を平面図により示している。すなわち、該グリーンシート１は、アルミナ粉末とポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース、ポリエチレングリコール等の親油性バインダとを混練して方形シート状に成形したものであり、１枚のグリーンシート１から多数のセンサ５０を製造するために、切断線２によって複数の横長方形のシート部分３に分割されることが予定されている。
【００２７】
また、各シート部分３は、そのシート面の一端側が検出素子の接合領域（以下、素子接合領域という）２３（図４等）として使用されるようになっており、そこには後述するように、検出素子の原料となる酸化物半導体粉末ペーストの保持用凹部４’（図４等）を形成するための、貫通窓部４が形成されている。そして、長方形状のグリーンシート１の中心線Ｏ（図２）を挟んでその両側に、それぞれ複数の上記シート部分３が、その幅方向に互いに隣接するように、かつ貫通窓部４の形成側が中心線Ｏに関して外側となるように配列している。さらに、グリーンシート１の中央には、上記中心線Ｏに沿う方形の貫通窓部５が形成されている。
【００２８】
図３に示すように、グリーンシート１の一方のシート面には、アラビアゴム水溶液をスクリーン印刷することにより、接合阻止層６が形成されている。該接合阻止層６は、各シート部分３の貫通窓部４の形成側端部において、縦横の切断線２に沿う所定幅、例えば後述する被接合体としてのアルミナ小球の平均直径値よりも大きな幅となるように形成されており、その厚さは１〜１０μmの範囲で設定されている。
【００２９】
また、上記グリーンシート１とは別に、これとほぼ同様の大きさ及び形状を有するグリーンシート７及び１０を作製し、前者には検出素子のリード部となる金属ペーストパターン層８を、後者には内蔵ヒータ及びそのリード部となる金属ペーストパターン層１１を、それぞれスクリーン印刷等により形成する。そして、各金属ペーストパターン層８及び１１の端部に対応する位置に通電用の端子部９及び１２をそれぞれ配置して、上記グリーンシート１，７，１０を上側からこの順序で積層する。このとき、グリーンシート１の貫通窓部４は下面側がグリーンシート７により塞がれて凹部４’（図４等）を形成する。また、グリーンシート７の金属ペーストパターン層８は、その端子部９と反対側の端部が上記凹部４’内に位置するものとされる。さらに、グリーンシート７，１０には、グリーンシート１の窓部５と同じ大きさ及び形状の窓部１３及び１４が、それぞれ対応する位置に形成されており、上記積層状態において端子部９及び１２を、それら窓部５，１３，１４内においてシートの板面方向に突出させるようになっている。
【００３０】
なお、グリーンシート１，７，１０を積層する際には、これに先立ってシート７の上面及びシート１０の上面に、前記バインダを溶解する性質を有したｎブチルアルコール、フタル酸ｎブチル、ヒマシ油等の有機溶剤（粘着誘起液体）が塗布され、図３（ｃ）に示すように、それによって該バインダが溶解・軟化して粘着層１５，１６がそれぞれ形成される。グリーンシート１，７，１０は、この粘着層１５及び１６により互いに接合されることとなる。
【００３１】
また、グリーンシート１の上面全面にも有機溶剤が塗布されて粘着層１７が形成されるが、接合阻止層６の形成部分においては上記有機溶剤へのバインダの溶解が阻止されて、粘着層１７は形成されない。この状態において、グリーンシート１の上面には、その中央部と、凹部４’に対応する両端位置とにそれぞれ窓部１９及び１８ａが形成された別のグリーンシート１８（図４（ａ）、（ｂ））が積層される。この状態で、その積層体２２が、例えば加熱式プレス機等により、温度４０℃〜６０℃でその積層方向に加圧されて一体化される。その後、図４に示すように、グリーンシート１の、凹部４’が形成されている両端部分、すなわち窓部１８ａに囲まれた素子接合領域２３には、図４（ａ）に示すような、一方のシート面全面にアルミナ小球（例えば平均粒径１４０〜１８０μmのもの）２１を圧着等により分散・保持させたシリコンゴムシート２０が、図５に示すように、その保持面側がグリーンシート１の上面と対向するように加圧して重ね合わされる。
【００３２】
このとき、図５（図４（ａ）のＡ−Ａ断面に対応）に示すように、シリコンゴムシート２０は柔軟であるため、上記加圧に伴いそのシート面が凹部４’を含めた素子接合領域２３（グリーンシート１）の面形状に追従して変形し、これに保持されたアルミナ小球２１は素子接合領域２３（グリーンシート７により形成される凹部４’の底面を含む）の全面に押し付けられる。ここで、素子接合領域２３のうち、接合阻止層６の形成されていない部分には前述の粘着層１７（図３（ｃ））が形成されているため、アルミナ小球２１はシリコンゴムシート２０側から素子接合領域２３に転写され、該粘着層１７によってグリーンシート１及び７の表面に接合される。一方、図６に示すように、接合阻止層６の形成部には粘着層１７が形成されていないことから、アルミナ小球２１は転写されない。
【００３３】
次に、上記積層体２２からシリコンゴムシート２０を取り除くことにより、図７（ａ）に示す積層体２２’が得られる。すなわち、同図（ｂ）に示すように、各シート部分３に一対一に対応して、グリーンシート１及び７の各凹部４’及びその周辺部には、アルミナ小球２１の転写領域２５が接合阻止層６により隔てられた状態で形成される。そして、その積層体２２’を、隣接する転写領域２５同士を互いに隔てる接合阻止層６において、図示しない打抜きパンチにより長穴状の貫通孔３０が形成されるように打ち抜き、次いで切断線２に沿って切断することにより、図７（ｃ）に示すように、それぞれセラミックセンサとなるべき基板成形体３１に分離する。このとき、隣接する転写領域２５同士は、アルミナ小球２１が固着されていない接合阻止層６内において打抜きにより切断・分離されることから、アルミナ小球２１が打抜きパンチにより押し下げられることが回避され、ひいては得られる基板成形体３１の、アルミナ小球２１の転写領域２５に対応する側面部分に傷等がほとんど生じず、セラミック基板３６の側面３６ｃの表面粗度を３０μmＲmax以下とすることができる。
【００３４】
上述のような基板成形体３１は、所定の温度で脱バインダ処理後、温度１５００〜１６００℃で焼成することにより、図８に示す焼成体３５となる。すなわち、グリーンシート１，７，１０及び１８で構成された部分は一体化して、前述の凹部４’に対応する凹部３４を有するセラミック基板３６となり、転写領域２５のアルミナ小球２１は、セラミック基板３６の上面側にその下側部を食い込ませた状態で一体化され、前述の素子接合領域Ａを形成する。また、接合阻止層６はアラビアゴムで構成されているため、焼成によりほぼ完全に分解・蒸発する。一方、前述の金属ペーストパターン層８及び１１は、それぞれ焼結されてリード部３７、ならびにヒータ及びそのリード部３８，３９となる。
【００３５】
そして、図８に示すように、この焼成体３５に対しその素子接合領域Ａに、酸化物半導体粉末、例えばチタニア粉末を溶剤及びバインダとともに混練したペーストを盛り、ペースト層４０を、凹部３４内に入り込むように形成する。その状態で、これを温度１０５０〜１２００℃で二次焼成することにより、図１（ａ）に示すように、ペースト層４０のチタニア粉末が焼結されて検出素子部４１となり、該検出素子部４１がセラミック基板３６と一体化されたセラミックセンサ５０が得られる。
【００３６】
なお、上記製造方法において粒状物非固定領域６０は、例えば図９に示すように、セラミックグリーンシート１の表面のうち、該粒状物非固定領域６０に予定された部分を金属等で構成されたマスク部材６１によりマスキングし、次いでセラミック小粒状物を転写することにより、該領域へのセラミック小粒状物の接合を阻止する方法によっても形成できる。
【００３７】
またセラミック基板３６の側面部の表面粗度が３０μmＲmax以下となるように、これを平坦に仕上げるためには、上記粒状物非固定領域６０を形成することのほか、セラミックグリーンシート積層体を切断して基板成形体３１（図７（ｃ））を得る際の、その切断精度の向上を図ることも有効である。例えば、図１０に示すように、打抜きダイ７０で積層体Ｑを挟み、その状態で打抜きパンチ７２を打抜きダイ７０のダイ孔７１に対し相対的に進入させて、積層体Ｑから所定の部分Ｄを打ち抜く方法を用いる場合、平滑な打抜き面（切断面）が得られるように、グリーンシートを形成しているコンパウンドの硬度あるいは打抜き速度を調整することが望ましい。例えば、打抜き速度を一定以上に大きくし過ぎると、打抜き面が荒れて基板の表面粗度を前述の範囲に維持できなくなることがある。一方、打抜きパンチ７２にヒータ７２ａを設け、該パンチ７２を介してグリーンシートを加熱することにより、これを部分的に軟化させた状態で打抜きを行えば、グリーンシートの変形抵抗が減少して打抜きを行いやすくすることができ、ひいてはその打抜き面をさらに平滑化できる場合がある。また、打抜き時においてシートそのものを暖めておき、シートを十分に軟化させてから打ち抜くことによっても打抜断面の平滑化を図ることができる。
【００３８】
【実施例】
アルミナ粉末と、バインダとしてのポリビニルブチラール樹脂と所定量の溶媒とを混練することにより得られたスラリーを用いてセラミックグリーンシートを作り、これを用いて図１に示すセラミックセンサ５０を各種作製した。なお、アルミナ小球２１は、その平均粒子径が１６０μmのものを使用した。また、得られたセンサの段付部３６ａにおける厚さは１．２５mm、幅は３．８mmであり、その側面３６ｃに沿う粒状物非固定領域６０の幅ｗを０．０９〜０．２０mmの範囲で各種設定した。なお、ヒータ３８は、白金ペーストをスクリーン印刷することにより形成されたものであり、電圧１２Ｖでの消費電力は約１０Ｗである。
【００３９】
以上の各センサを各ｗの値毎に１０ずつ用意し、日本工業規格Ｂ０６０１に示された方法により表面粗度を測定して、そのＲmax及びＲａの平均値を算出した。次いで、各センサを１６〜２９Ｖの各種電圧で１分間通電し、セラミック基体３６に割れが生じてヒータ３８が断線したときの電圧の最小値（Min）及び平均値（F）により、その耐久性を評価した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
すなわち、粒状物非固定領域６０の幅ｗを０．０７mm以下とした試料番号７及び８のセンサは、表面粗度が本発明の範囲である３０μmＲmaxを超えており、断線時の電圧値が低く耐久性に問題があるのに対し、ｗを０．０９〜０．２mmとした試料番号１〜６のセンサでは、その側面３６ｃの表面粗度が３０μmＲmax以下となり、断線時の電圧値も２６Ｖ以上と、良好な耐久性を示していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒータ内蔵型セラミックセンサの一例を示す側面断面図及び部分平面図。
【図２】本発明のセラミックセンサの製造方法の一例を示す工程説明図。
【図３】図２に続く工程説明図。
【図４】図３に続く工程説明図。
【図５】図４に続く工程説明図。
【図６】図５に続く工程説明図。
【図７】図６に続く工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】粒状物非固定領域を形成するための別の方法を示す説明図。
【図１０】グリーンシートの積層体を打ち抜きにより分割する方法を示す説明図。
【図１１】従来のセラミックセンサの製造方法を示す説明図。
【図１２】その問題点の説明図。
【符号の説明】
１，７，１０，１８セラミックグリーンシート
２１アルミナ小球（セラミック小粒状物）
２３素子接合領域
３６セラミック基板
３６ｃ側面
４１検出素子部
５０ヒータ内蔵型セラミックセンサ
６０粒状体非固定領域

Claims

板状のセラミック基板の上面に、酸化物半導体により構成された検出素子部が一体形成されるとともに、該セラミック基体中にその検出素子部を加熱するためのヒータを内蔵した構造を有し、
前記セラミック基板は、セラミックグリーンシートの切断により形成されて、上下面よりも表面粗度が大きく且つ外部に露出する側面を有しており、
該側面の表面粗度が３０μｍＲ_ｍａｘ以下とされたことを特徴とするヒータ内蔵型セラミックセンサ。
前記セラミックセンサは、セラミックグリーンシートの表面に、抵抗発熱体粉末のペーストを用いて所定のヒートパターンを複数形成し、
前記セラミックグリーンシートの前記ヒータパターンの形成側に別のセラミックグリーンシートを前記ヒータパターンを覆うように積層し、
該セラミックグリーンシートの積層体を切断により分割して、各々前記ヒータパターンが含まれるように基板成形体を作り、
その基板成形体を焼成することにより製造した板状の前記セラミック基板は、
前記セラミックグリーンシートの積層体の前記切断により形成されて、上下面よりも表面粗度が大きく、且つ外部に露出する側面を有しており、
前記切断によって形成された側面の表面粗度が３０μｍＲ_ｍａｘ以下とされた請求項１記載のセラミックセンサ。
前記セラミック基板の板面には、その所定の領域に多数のセラミック小粒状物が分散した状態で固定され、
そのセラミック小粒状物が固定された領域において前記セラミック基板の板面に対し、前記検出素子部が接合されるとともに、
前記セラミック基板の板面のうち、前記側面側の縁を含む所定幅の部分に、前記セラミック小粒状物が固定されていない領域が形成されている請求項１又は２に記載のセラミックセンサ。