JP4974936B2 - ガスセンサ素子の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサ素子の検査方法に関する。

従来から、内燃機関等における排ガスに含まれる特定ガス成分の検出や、濃度の測定を行うガスセンサの素子として複数の基板が積層されたものが知られている。このガスセンサ素子における不良品の検査方法について種々の技術が知られている。例えば、積層型ガスセンサ素子を検査液に浸し、検査液と積層型ガスセンサ素子の電極との間に電圧を印加することで絶縁が確保されているか否かを判定する技術が知られている（特許文献１）。また、導電性を有する液面上にガスセンサ素子を構成する基板を配置することで、基板にクラックが存在する場合には、毛細現象によりクラック内に液体が浸入することを利用し、液体と基板との絶縁抵抗値の変化により基板内のクラックの存在を検査する技術が知られている（特許文献２）。

特許第３８６７６６６号公報 特開平９−３０４３２４号公報

しかし、ガスセンサ素子を検査液に浸し、電圧を印加することで基板の絶縁が確保されているか否かを判定する場合、検査液に電極が浸されない構造であることが必要である。例えば、基板に配置された電極がいずれも被測定ガスに晒される構造のガスセンサ素子など、ガスセンサ素子を検査液に浸した際に、検査液に構造上電極が浸漬するガスセンサ素子については特許文献１のような検査方法により検査をすることができない。また、特許文献２のような導電性を有する液面上に積層型ガスセンサ素子を配置して検査する場合、検査対象とする基板の外面に例えば多孔質部等が存在すると、検査対象となる基板に液体が到達しにくく、クラック内に液体が浸入するためには多くの時間を費やすことがあった。これに対し、ガスセンサ素子の多孔質部まで液体に浸して検査対象とする基板と液体とを接触させて検査する場合、ガスセンサ素子の適切な位置での固定が困難であり、検査液との接触を望まない電極にも検査液が接触して所望の検査ができない虞があった。このように、外面の少なくとも一部に多孔質部を備え、かつ、検査対象とする基板に配置された電極が被測定ガスに晒される（つまり、検査液が接触してしまう）ガスセンサ素子について不良品か否かの検査を実施することは容易ではなかった。

本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、外面の少なくとも一部に多孔質部を備え、かつ、検査対象とする基板に配置された電極が被測定ガスに晒されるガスセンサ素子について不良品か否かの検査を容易に実施することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。

本発明の第１の態様は、第１固体電解質層と、該第１固体電解質層の表面上に設けられると共に、多孔質部を介して被測定ガスに晒される第１電極と、該第１固体電解質層の裏面側に形成され測定室内に露出するように前記裏面上に設けられると共に、ガス導入部を介して該測定室内に導入される被測定ガスに晒される第２電極と、を有するガスセンサ素子の検査方法であって、少なくとも前記第１固体電解質層に接触させ、且つ多くとも前記ガス導入部に非接触となるように、前記多孔質部に導電性を有する第１検査液を供給する第１工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる第１電流値を検出する第２工程と、前記第１電流値と第１閾値とを比較して前記第１電極と前記第２電極との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第３工程と、を備える。

本発明の第１の態様に係るガスセンサ素子の検査方法によれば、少なくとも第１固体電解質層に接触させ、且つ多くともガス導入部に非接触となるように多孔質部に第１検査液の供給するため、固体電解質層に配置された第２電極に第１検査液が接触することを抑制できる。よって、固体電解質層に配置された第１電極および第２電極が被測定ガスに晒されるガスセンサ素子においても、不良品か否かを容易に検査することができる。

さらに、多孔質部に第１検査液を供給することで、時間を費やすことなく、且つガスセンサ素子の位置に影響されること無く、ガスセンサ素子について不良品か否かの検査を実施することができる。

さらに、本発明の第１の態様に係るガスセンサ素子の検査方法は、第１工程では、第１検査液が多孔質部から溢れるように、多孔質部に第１検査液を供給してもよい。このように、第１検査液が多孔質部から溢れるように供給することで、多孔質部全体に第１検査液が充填され、第１検査液を固体電解質層に確実に接触させることができるため、ガスセンサ素子が不良品か否かを安定して検査することができる。

さらに、本発明の第１の態様に係るガスセンサ素子の検査方法は、前記ガスセンサ素子は、前記第１固体電解質層の裏面上に前記測定室を介して積層された第２固体電解質層と、該第２固体電解質層の表面上で且つ前記測定室内に露出するように設けられると共に、該測定室内に導入される被測定ガスに晒される第３電極と、該第２固体電解質層の裏面上に設けられる第４電極と、前記第４電極を覆うように前記第２固体電解質層の裏面上に積層される第１基板と、を備え、前記第３工程よりも後に、少なくとも前記測定室が導電性を有する第２検査液で浸漬されるように、前記ガスセンサ素子の一部を前記第２検査液に浸す第４工程と、前記第４電極と前記第２検査液との間に電圧を印加して前記第４電極と前記第２の検査液との間に流れる第２電流値を検出する第５工程と、前記第２電流値と第２閾値とを比較して前記第４電極と第２検査液との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第６工程と、を備えてもよい。

このように、ガスセンサ素子に、第１基板によって覆われ、被測定ガスに晒されない第４電極をも備えている場合、第２固体電解質層のクラック等を検査する方法として、ガスセンサ素子の一部を第２検査液に浸して、第２固体電解質層に第２検査液を接触させ、第４電極と第２検査液との間の絶縁が確保されているかどうかを検査すればよい。この場合においても、まず上述した第１工程〜第３工程を経た後、第４工程〜第６工程を行うことで、先に第４工程〜第６工程を経て、第１工程〜第３工程を行った場合に起こる素子表面又はガス測定室内に第２検査液が残存することを抑制でき、第１固体電解質層のクラック等の有無及び第２固体電解質層のクラック等の有無を正確に検査することができ、ガスセンサ素子が不良品か否かを正確に検査することができる。

さらに、本発明の第１の態様に係るガスセンサ素子の検査方法は、前記第１基板には、内部に抵抗発熱体を有し、前記第４工程よりも後に、前記抵抗発熱体と前記第２検査液との間に電圧を印加して前記抵抗発熱体と前記第２の検査液との間に流れる第３電流値を検出する第７工程と、前記第３電流値と第３閾値とを比較して前記発熱抵抗体と前記第２検査液との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第８工程と、を備えてもよい。

このように、ガスセンサ素子に、第１基板内部に配置される抵抗発熱体をも備えている場合、第１基板のクラック等を検査する方法として、ガスセンサ素子の一部を第２検査液に浸して、第１基板に第２検査液を接触させ、抵抗発熱体と第２検査液との間の絶縁が確保されているかどうかを検査すればよい。この場合においても、まず上述した第１工程〜第３工程を経た後、第４工程を行い、更には第７工程、第８工程を行うことで、先に第４工程、第７工程、第８工程を経て、第１工程〜第３工程を行った場合に起こる素子表面又はガス測定室内に第２検査液が残存することを抑制でき、第１固体電解質層のクラック等の有無及び第１基板のクラック等の有無を正確に検査することができ、ガスセンサ素子が不良品か否かを正確に検査することができる。

以下、本発明に係るガスセンサ素子の検査方法について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。

Ａ．被検査対象素子の構成：
図１は、本発明に係る検査方法の被検査対象となるガスセンサ素子の構成を示した説明図である。ガスセンサ素子１００は、検出素子１１０とヒータ１２０とが積層されて長板状に形成されている。なお、図１では、ガスセンサ素子１００における検出素子１１０を上側として表す。検出素子１１０は酸素濃度検出セル１１０ａと、酸素ポンプセル１１０ｂとを酸素ポンプセル１１０ｂが上側となるように積層されて形成されている。

酸素濃度検出セル１１０ａは、第２固体電解質層１１２と、第４電極１１１ａと、第３電極１１３ａとを備える。第４電極１１１ａと第３電極１１３ａは第２固体電解質層１１２を介して対向するように先端側に配置されている。なお、ガスセンサにおいて、図１における左側を先端とし、右側を後端として表す。第２固体電解質層１１２は後端部に第１スルーホール１１２ｃを備える。また、第４電極１１１ａは、後述する第１基体１２１と対向するように、第２固体電解質層１１２の裏面１１２ｂ上（下側）に配置されている。他方、第３電極１１３ａは後述する測定室１１４ａに露出するように、第２固体電解質層１１２の表面１１２ａ上（上側）に配置されている。なお、第４電極１１１ａ、第３電極１１３ａには、それぞれ後端側に向かって延びる第４リード部１１１ｂ、第３リード部１１３ｂが接続されている。この酸素濃度検出セル１１０ａは、酸素濃淡電池素子として第４電極１１１ａと、第３電極１１３ａにおける酸素濃度の差異に応じた電圧を発生する。

酸素ポンプセル１１０ｂは、第１固体電解質層１１６と、第２電極１１５ａと、第１電極１１７aとを備える。第２電極１１５ａと第１電極１１７ａは第１固体電解質層１１６を介して対向するように先端側に配置されている。第１固体電解質体１１６は、後端部に第４スルーホール１１６ｃと、第５スルーホール１１６ｄとを備える。また、第２電極１１５ａは後述する測定室１１４ａに露出するように、第１固体電解質層１１６の裏面１１６ｂ上（下側）に配置されている。他方、第１電極１１７ａは、後述する多孔室部１１８ｂと対向するように、第１固体電解質層１１６の表面１１６ａ上（上側）に配置されている。なお、第２電極１１５ａ、第１電極１１７ａには、それぞれ後端側に向かって延びる第２リード部１１５ｂ、第１リード部１１７ｂが接続されている。この酸素ポンプセル１１０ｂは、第１電極１１７ａと第２電極１１５ａとの間の電位差により第１固体電解質体１１６内で酸素の移動をおこなう。具体的には、酸素ポンプセル１１０ｂは、酸素濃度検出セル１１０ａにより生じる起電力が一定（例えば４５０ｍＶ）となるように酸素を移動させることで測定室１１４ａへの酸素の汲み入れ、汲み出しをおこなう。そして、検出素子１１０は酸素ポンプセル１１０ｂが測定室１１４ａへの酸素の汲み入れ、汲み出しに必要な電流の値（電流値）を指標とした空燃比に関する情報を出力する。

第２固体電解質層１１２および第１固体電解質層１１６は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）またはカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体により構成されている。また、第４電極１１１a、第３電極１１３ａ、第２電極１１５ａ、第１電極１１７ａ、第４リード部１１１ｂ、第３リード部１１３ｂ、第２リード部１１５ｂ、第１リード部１１７ｂ、はそれぞれ白金族元素で形成することができる。なお、白金族元素のうち、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄにより形成することが好ましい。さらに、上記電極１１１ａ、１１３ａ、１１５ａ、１１７ａ、及びリード部１１１ｂ、１１３ｂ、１１５ｂ、１１７ｂは１種類の材料により形成してもよいし、２種以上の材料により形成してもよい。

さらに、検出素子１１０は、酸素濃度検出セル１１０ａと酸素ポンプセル１１０ｂは絶縁層１１４を介して積層され、また、酸素ポンプセル１１０ｂの上面には保護層１１８が配設されている。

絶縁層１１４は、第１固体電解質体１１２および第２固体電解質体１１６に挟持されることにより形成されるガス検出室１１４ａを備え、さらに、ガスセンサ素子１００外部から被測定ガスを拡散、律速させてガス検出室１１４ａに流入させるための拡散律速層１１４ｂを備える。さらに、絶縁層１１４の後端部には、第２スルーホール１１４ｃと、第３スルーホール１１４ｄとを備える。この絶縁層１１４は絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されず、例えばアルミナやムライト等の酸化物系セラミックで形成できる。また、拡散律速層１１４ｂは多孔質体であれば特に限定されず、例えばアルミナからなる多孔質体により形成できる。なお、拡散律速層１１４ｂは、特許請求の範囲におけるガス導入部である。

保護層１１８は本体部１１８ａと、多孔質部１１８ｂと、第６スルーホール１１８ｃと、第７スルーホール１１８ｄと、第８スルーホール１１８ｅとを備える。多孔質部１１８ｂは、第１電極１１７ａの上面の本体部１１８ａに設けられた孔部に配置され、第１電極１１７ａにガスセンサ素子１００外部の気体との接触を可能にしている。第６スルーホール１１８ｃ、第７スルーホール１１８ｄ、第８スルーホール１１８ｅは、保護層１１８の本体部１１８ａの後端部に配置され、各スルーホールの上面には、それぞれを覆うように第１電極端子部１１９ｃ、第２電極端子部１１９ｄ、第３電極端子部１１９ｅが配置されている。上記電極端子部１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅは白金族元素で形成することができる。なお、白金族元素のうち、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄにより形成することが好ましい。上記電極端子部１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅは１種類の材料により形成してもよいし、２種以上の材料により形成してもよい。

なお、第４リード部１１１ｂは、第１スルーホール１１２ｃと、第２スルーホール１１４ｃと、第４スルーホール１１６ｃと、第６スルーホール１１８ｃとを介して第１電極端子部１１９ｃに接続されている。また、第３リード部１１３ｂは、第３スルーホール１１４ｄと、第５スルーホール１１６ｄと、第７スルーホール１１８ｄとを介して第２電極端子部１１９ｄに接続されている。第２リード部１１５ｂは、第５スルーホール１１６ｄと、第７スルーホール１１８ｄとを介して第２電極端子部１１９ｄに接続されている。第１リード部１１７ｂは、第８スルーホール１１８ｅを介して第３電極端子部１１９ｅに接続されている。

ヒータ１２０は、第１基体１２１と、第２基体１２３と、抵抗発熱体１２２と、を備える。第１基体１２１および第２基体１２３はアルミナを主体にとした板状部材で、第１基体１２１を上側にして抵抗発熱体１２２を挟持するように形成されている。第２基体１２３の後端側には、ヒータ側スルーホール１２３ｃを備え、ヒータ側スルーホール１２３ｃの下面上にはヒータ側電極端子部１２４を備える。抵抗発熱体１２２は、先端部に配置された発熱部１２２ｄと、発熱部１２２ｄからガスセンサ素子１００の後端側に延びる一対のヒータリード部１２２ｃとを備える。ヒータリード部１２２ｃは第２基体１２３に設けられたヒータ側スルーホール１２３ｃを介してヒータ側電極端子部１２４と接続されている。なお、第１基体１２１及び第２基体１２３は、特許請求の範囲における第１基板である。

抵抗発熱体１２２およびヒータ側電極端子部１２４は白金族元素で形成することができる。なお、白金族元素のうち、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄにより形成することが好ましい。抵抗発熱体１２２およびヒータ側電極端子部１２４は１種類の材料により形成してもよいし、２種以上の材料により形成してもよい。

なお、第４電極１１１ａ、第３電極１１３ａ、第２電極１１５ａ、第１電極１１７ａ、第４リード部１１１ｂ、第３リード部１１３ｂ、第２リード部１１５ｂ、第１リード部１１７ｂ、第１電極端子部１１９ｃ、第２電極端子部１１９ｄ、第３電極端子部１１９ｅ、抵抗発熱体１２２、ヒータ側電極端子部１２４は、耐熱性および耐酸化性からＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらには、主体となる白金属元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。このセラミック成分は、固着という観点から積層される側の主体となる材料（例えば、第２固体電解質体１１２、第１固体電解質体１１６、保護層１１８の本体部１１８ａ、第２基体１２３の主体となる成分）と同様の成分であることが好ましい。

Ｂ．酸素ポンプセルの検査：
ガスセンサ素子１００の酸素ポンプセル１１０ｂに存在するクラックを本発明に係る検査方法を用いて検出する手順について説明する。図２は酸素ポンプセル１１０ｂの検査方法の手順を示したフローチャートである。図３は、ガスセンサ素子１００の酸素ポンプセル１１０ｂの検査方法を例示した説明図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面を例示した説明図である。

図３に示すように、まず、本検査では既述のガスセンサ素子１００と、抵抗測定器５００と、検査液滴下装置６００とを準備する（ステップＳ１００）。抵抗測定器５００は、例えばＬＣＲ測定器や絶縁計等であり、電極間における電気抵抗値を検出できるものであればよい。抵抗測定器５００が備える各端子をガスセンサ素子１００の外面における第２電極端子部１１９ｄおよび第３電極端子部１１９ｅと接続する。つまり、ガスセンサ素子１００の第１電極１１７ａと第２電極１１５ａに接続されている。検査液滴下装置６００は例えばディスペンサ等の液滴を排出する装置であり、本実施例では後述するように第１検査液６１０を滴下する。第１検査液６１０は導電性を有する液体であり、多孔質部１１８ｂ内の透過を容易にするため、界面活性剤が混入されている。

次に、第１検査液６１０を多孔質部１１８ｂに滴下する（ステップＳ１１０）。検査液滴下装置６００から多孔質部１１８ｂに滴下された第１検査液６１０の液滴は、図４に示すように、多孔質部１１８ｂの下に配置されている第１電極１１７ａへ浸透し、さらに第１固体電解質体１１６と接触する。この際、第１固体電解質体１１６にクラック１１６ｇが存在すると、毛細現象により第１検査液６１０はクラック１１６ｇ内に導入され、第２電極１１５ａと接触する。第１固体電解質体１１６にクラック１１６ｇが存在しない場合には第１検査液６１０は第１電極１１５ａと接触しない。この第１検査液６１０の滴下は第４電極１１７に検査液が十分行き渡るまでおこなう。なお、ステップＳ１１０が特許請求の範囲における第１工程である。

その後、第１検査液６１０が第１固体電解質層１１６に十分に接触したか否かの確認をおこなう（ステップＳ１１５）。具体的な確認方法としては、多孔質部１１８ｂから第１検査液６１０が溢れたか否を目視する方法があり、例えば、ガスセンサ素子１００を横から目視した際に第１検査液６１０が多孔質部１１８ｂ上に図４のように現れていることを検知する方法や、ガスセンサ素子１００を上から目視した際に、多孔質部１１８ｂ上に第１検査液６１０が染み出していることを検知することで確認が可能である。なお、本発明において、『第１検査液６１０が溢れたか否か』は第１検査液が多孔質部１１８ｂの表面上に現れたか否かで判断するものであり、例えば本体部１１８ａなど、多孔質部１１８ｂ以外の部分に拡がるか否かで判断するものではない。また、第１検査液６１０が多孔質部１１８ｂから溢れたか否かを確認すると同時に、第１検査液６１０が拡散律速層１１４ｂに非接触かどうかについても確認することもできる。

次に、第２電極１１５ａと第１電極１１７ａ間に電圧を印加する（ステップＳ１２０）。第２電極端子部１１９ｄおよび第３電極端子部１１９ｅを介して、第２電極１１５ａと第１電極１１７ａ間に電位差を発生させる。その後、抵抗測定器５００が電極間を流れる第１電流値Ａ１を検出する（ステップＳ１３０）。なお、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０が特許請求の範囲における第２工程である。

このとき、第１固体電解質体１１６にクラック１１６ｇが存在する場合、クラック１１６ｇ内に導入された第１検査液６１０を介して電流が流れるため電極間における絶縁抵抗値が小さくなるが、クラック１１６ｇがない場合は絶縁抵抗値が大きくなる。よって、抵抗測定器５００にて検出した第１電流値Ａ１と所定の第１閾値Ｔ１とを比較し、酸素ポンプセル１１０ｂにおける第１固体電解質体１１６にクラックが存在するか否かを判定することができる（ステップＳ１４０）。なお、ステップＳ１４０が特許請求の範囲における第３工程である。

Ｃ．酸素濃度検出セルおよびヒータの検査：
次に、ガスセンサ素子１００の酸素濃度検出セル１１０ａおよびヒータ１２０に存在するクラックを本発明に係る検査方法を用いて検出する手順について説明する。図５は酸素濃度検出セルおよびヒータの検査方法の手順を示したフローチャートである。図６は、ガスセンサ素子の酸素濃度検出セルを例示した説明図である。図７は、図６のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。なお、このガスセンサ素子の酸素濃度検出セルおよびヒータの検査方法は、上述した酸素ポンプセルの検査方法よりも後に行われる。

図６に示すように、本検査では既述のガスセンサ素子１００と、抵抗測定器５００と、第２検査液６２０とを準備する（ステップＳ２００）。第２検査液６２０は導電性を有する液体であり、容体６３０に収容されている。第２検査液６２０には表面張力を低下させるために界面活性剤を混入してもよい。抵抗測定器５００が備える各端子のうち、一方をガスセンサ素子１００の外面における第１電極端子部１１９ｃと接続し、他方を第２検査液６２０と接触させる。つまり、ガスセンサ素子の第４電極１１１ａに接続されている。

次に、ガスセンサ素子１００を第２検査液６２０に浸す（ステップＳ２１０）。拡散律速層１１４ｂが第２検査液６２０に浸るように容体６３０内にガスセンサ素子１００を配置することにより、拡散律速層１１４ｂから第２検査液６２０をガス測定室１１４ａに流入させ、ガス測定室１１４ａに第２検査液６２０を浸漬させる。これにより、拡散律速層１１４ｂから流入した第２検査液６２０は、図７に示すように、第３電極１１３ａを透過し、または直接、第２固体電解質体１１２と接触する。第２固体電解質体１１２にクラック１１２ｇが存在すると、毛細現象により第２検査液６２０はクラック１１２ｇ内に導入され、第４電極１１１ａと接触する。第２固体電解質体１１２にクラック１１２ｇが存在しない場合には第２検査液６２０は第４電極１１１ａと接触しない。なお、このステップＳ２１０が特許請求の範囲における第４工程である。

その後、第４電極１１１ａと第２検査液６２０間に電圧を印加する（ステップＳ２２０）。第１電極端子部１１９ｃおよび第２検査液６２０を介して、第２固体電解質体１１２の両面に電位差を発生させる。その後、抵抗測定器５００が第４電極１１１ａと第２検査液６２０間に流れる第２電流値Ａ２を検出する。（ステップＳ２３０）なお、ステップＳ２２０及びステップＳ２３０が特許請求の範囲における第５工程である。

このとき、第２固体電解質体１１２にクラック１１２ｇが存在する場合、クラック１１２ｇ内に導入された第２検査液６２０を介して電流が流れるため電極間における絶縁抵抗値が小さくなるが、クラック１１２ｇがない場合は絶縁抵抗値が大きくなる。よって、抵抗測定器５００にて検出した第２電流値Ａ２と所定の第２閾値Ｔ２とを比較し、酸素濃度検出セル１１０ａにおける第２固体電解質体１１２にクラックが存在するか否かを判定することができる（ステップＳ２３５）。なお、ステップＳ２３５が特許請求の範囲における第６工程である。

図８は、ヒータのクラックを図６のＢ−Ｂ断面により例示した説明図である。ガスセンサ素子１００を第２検査液６２０に浸すことにより、第２基体１２３にクラック１２３ｇが存在すると、毛細現象により第２検査液６２０はクラック１２３ｇ内に導入され、抵抗発熱体１２２と接触する。第２基体１２３にクラック１２３ｇが存在しない場合には第２検査液６２０は抵抗発熱体１２２と接触しない。

その後、第１電極端子部１１９ｃに接続されている抵抗測定器５００の電極を、ヒータ側電極端子部１２４と接続し、ヒータ側電極端子部１２４を介して抵抗発熱体１２２と第２検査液６２０間に電圧を印加する（ステップＳ２４０）。ヒータ側電極端子部１２４および第２検査液６２０を介して、第２基体１２３の両面に電位差を発生させる。その後、抵抗測定器５００が抵抗発熱体１２２と第２検査液６２０間に流れる第３電流値Ａ３を検出する。（ステップＳ２５０）なお、ステップＳ２４０及びステップＳ２５０が特許請求の範囲における第７工程である。

電圧の印加により第２基体１２３の両面に電位差を発生させると、第２基体１２３にクラック１２３ｇが存在する場合、クラック１１２ｇ内に導入された第２検査液６２０を介して電流が流れるため電極間における絶縁抵抗値が小さくなるが、クラック１１２ｇがない場合は絶縁抵抗値が大きくなる。よって、抵抗測定器５００にて検出した第３電流値Ａ３と所定の第３閾値Ｔ３とを比較し、ヒータ１２０における第２基体１２３にクラックが存在するか否かを判定することができる（ステップＳ２６０）。なお、ステップＳ２６０が特許請求の範囲における第８工程である。

以上の本実施例に係るガスセンサ素子の検査方法によれば、多孔質部１１８ｂに第１検査液６１０を滴下することにより、精度よく多孔質部１１８ｂのみに第１検査液６１０を供給することができる。そのため、第１検査液６１０が拡散律速層１１４ｂに接触することを抑制でき、第２電極１１５ａと接触することを抑制できるため、ガスセンサ素子が不良品か否かについて容易に検査することができる。

よって、本実施例に係るガスセンサ素子の検査方法によれば、酸素ポンプセル１１０ｂ上に多孔質部１１８ｂを備え、また、酸素ポンプセル１１０ｂ上の第２電極１１５ａおよび第１電極１１７ａが被測定ガスに晒される構造のガスセンサ素子１００であっても、ガスセンサ素子が不良品か否かについて容易に検査することができる。

さらに、本実施例に係るガスセンサ素子の検査方法によれば、多孔質部１１８ｂから溢れるように第１検査液６１０を滴下することで、多孔質部１１８ｂ全体に第１検査液６１０が充填され、第１固体電解質体１１６に確実に第１検査液６１０を接触することができるため、ガスセンサ素子が不良品か否かを安定して検査することができる。

さらに、本実施例に係るガスセンサ素子の検査方法によれば、酸素ポンプセル１１０ｂと酸素濃度検出セル１１０ａを備えたガスセンサ素子１００において、第２固体電解質体１１２のクラックを検査する方法として、ガスセンサ素子１００の先端側を第２検査液６２０に浸して、第２固体電解質層１２０に第２検査液６２０とを接触させるが、この場合において、まずステップＳ１００〜ステップＳ１４０を行った後にステップＳ２００以降を行うことで、先にステップＳ２００以降を経て、ステップＳ１００〜ステップＳ１４０を行った場合に起こる素子表面又はガス測定室１１４ａ内に第２検査液６２０が残存することを抑制でき、第１固体電解質層１１６のクラックの有無及び第２固体電解質層１１２のクラック等の有無を正確に検査することができる。

さらに、本実施例に係る積層型ガスセンサ素子の検査方法によれば、ヒータ１２０を備えたガスセンサ素子１００において、第２基体１２３のクラックを検査する方法として、ガスセンサ素子１００の先端側を第２検査液６２０に浸して、第２基板１２３に第２検査液６２０とを接触させるが、この場合において、まずステップＳ１００〜ステップＳ１４０を行った後にステップＳ２４０を行うことで、先にステップＳ２４０を経て、ステップＳ１００〜ステップＳ１４０を行った場合に起こる素子表面又はガス測定室１１４ａ内に第２検査液６２０が残存することを抑制でき、第１固体電解質層１２６のクラックの有無及び第２基体１２３のクラックの有無を正確に検査することができる。

Ｄ．空燃比センサの構成：
本発明に係る検査方法の被検査対象となるガスセンサ素子を用いた空燃比センサについて説明する。図９は、空燃比センサの構成を示した説明図である。空燃比センサ１０は自動車や各種内燃機関における排気管に装着され、測定対象気体となる排ガス中の特定ガスを検出する。空燃比センサ１０は特定ガスを検出することにより各種内燃機関において空燃比フィードバック制御を実施するために用いられる。空燃比センサ１０は主にガスセンサ素子１００と、主体金具２００と、接続端子３００と、外筒４００と、を備える。

主体金具２００は、ガスセンサ素子１００を支持し、衝撃からガスセンサ素子１００を保護し、ガスセンサ素子１００を所定の位置に固定する。主体金具２００は、筒形状を有し、外面には内燃機関の排気管に固定するために用いられるねじ部２１０を備える。ガスセンサ素子１００はガス測定室１１４ａが先端側になるようにして主体金具２００の筒内を貫通して配置されている。なお、図９の下側を先端とし、その反対側である上側を後端として説明する。

主体金具２００とガスセンサ素子１００との間には、ガスセンサ素子１００を定位させるために、環形状のセラミックホルダ２３１と、第１充填粉末２３２と、第２充填粉末２３３と、セラミックスリーブ２３４と、が先端側から順に積層されている。セラミックスリーブ２３４と主体金具２００との間には、パッキン２３５が配置されており、セラミックホルダ２３１と主体金具２００との間には金属ホルダ２３６が配置されている。主体金具２００の後端部２３７はパッキン２３５を介してセラミックスリーブ２３４を押圧する状態に加締められている。

主体金具２００の先端部にはガスセンサ素子１００の先端部を覆う２重のプロテクタが備えられている。具体的には、素子１００の先端側を直接覆う内部プロテクタ２４１と、内側プロテクタ２４１の外面上の少なくとも一部を覆う外部プロテクタ２４２とを備える。内部プロテクタ２４１および外部プロテクタ２４２は複数の孔部２４３を備えたステンレスなどの金属により形成され、溶接などにより主体金具２００の先端側に取り付けられている。内部プロテクタ２４１および外部プロテクタ２４２の孔部２４３は、被測定ガスをプロテクタ内部に導入することでガスセンサ素子１００との接触を可能にしながら、内部プロテクタ２４１および外部プロテクタ２４２における孔部２４３の位置をずらすことにより直接的に水滴がガスセンサ素子１００に接触することを低減させている。

接続端子３００は、ガスセンサ素子１００の第１電極端子部１１９ｃ、第２電極端子部１１９ｄ、第３電極端子部１１９ｅ、ヒータ側電極端子部１２４と電気的に接続されている。接続端子３００は、リード線３１０と接続し、リード線３１０を介して、ガスセンサ素子１００がガスの検出に伴い発生する電気信号を図示しない制御装置に伝える。

外筒４００は筒形状を有し、先端部を主体金具２００の外面に固定する。外筒４００の後端側内部には、外筒４００を封止するグロメット４３０が備えてられている。このグロメットには、リード線３１０を挿通する挿通孔が設けられている。また、外筒４００の内部には、絶縁コンタクト部材４１０を備える。この絶縁コンタクト部材４１０は筒形状を有し、内部に接続端子３００を配置し、接続端子３００とガスセンサ素子１００との接続を支持している。この絶縁コンタクト部材４１０は外筒に対し、保持部材４２０にて固定されている。この保持部材４２０は環形状を有し、外筒４００と絶縁コンタクト部材４１０との間に配置されている。

Ｅ．変形例
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施可能である。

Ｅ１．変形例１：
図１０は変形例に係るガスセンサ素子の酸素ポンプセルの検査方法である。本実施例では、ステップＳ１１０にて、第１検査液６１０を多孔質部１１８ｂに滴下することにより第１電極１１７ａへ浸透させていたが、図１０に示すように、ガスセンサ素子１００を傾けた上で、第１検査液６１０をガスセンサ素子１００上から流下させて多孔質部１１８ｂに第１検査液６１０を供給してもよい。このように、第１検査液６１０をガスセンサ素子１００上から流下させても、第１検査液６１０が拡散律速層１１４ｂに接触することを抑制できており、第２電極１１５ａと接触することを抑制できるため、ガスセンサ素子が不良品か否かについて容易に検査することができる。

Ｅ２．変形例２：
本実施例では、酸素ポンプセルの検査において、第１検査液６１０を多孔質部１１８ｂに滴下するとしているが、多孔質部１１８ｂに第１検査液６１０を供給する際に、保護層１１８から第１検査液６１０が溢れ出ない範囲において、第１検査液６１０を流下することにより多孔質部１１８ｂに供給してもよい。

Ｅ３．変形例３：
本実施例では、酸素濃度検出セルの検査において、抵抗測定器５００の各電極を第１電極端子部１１９ｃと第２検査液６２０と接続して実施しているが、第２検査液６２０の代わりに第２電極端子部１１９ｄと接続してもよい。これによっても、第１固体電解質体１１２の両面に電位差を発生させることができ、酸素濃度検出セル１１０ａにクラックが存在するか否かを判定することができる。

Ｅ４．変形例４：
本実施例では、多孔質部１１８ｂは保護層１１８の一部に形成されているものとしたが、保護層１１８全体が多孔質部材により形成されていてもよい。

上記以外の種々の態様で、実現可能であり、例えば、空燃比センサ以外の酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等にも上記検査方法を適用することが可能である。

本発明に係る検査方法の被検査対象となるガスセンサ素子の構成を示した説明図である。 酸素ポンプセルの検査方法の手順を示したフローチャートである。 ガスセンサ素子の酸素ポンプセルの検査方法を例示した説明図である。 図３のＡ−Ａ断面を例示した説明図である。 酸素濃度検出セルおよびヒータの検査方法の手順を示したフローチャートである。 ガスセンサ素子の酸素濃度検出セルおよびヒータの検査方法を例示した説明図である。 図６のＢ−Ｂ断面を例示した説明図である。 ヒータのクラックを図６のＢ−Ｂ断面により例示した説明図である。 空燃比センサの構成を示した説明図である。 変形例に係るガスセンサ素子の酸素ポンプセルの検査方法である。

符号の説明

１０…空燃比センサ
１００…ガスセンサ素子
１１０…検出素子
１１１ａ…第４電極
１１２…第２固体電解質層
１１３ａ…第３電極
１１４…絶縁層
１１４ａ…ガス測定室
１１４ｂ…拡散律速層
１１５ａ…第２電極
１１６…第１固体電解質層
１１７ａ…第１電極
１１８…保護層
１１８ｂ…多孔室部
１２０…ヒータ
１２１…第１基体
１２２…抵抗発熱体
１２３…第２基体
１２４…ヒータ側電極端子部
２００…主体金具
３００…接続端子
４００…外筒
５００…抵抗測定器
６００…検査液滴下装置

Claims (4)

1. 第１固体電解質層と、該第１固体電解質層の表面上に設けられると共に、多孔質部を介して被測定ガスに晒される第１電極と、該第１固体電解質層の裏面側に形成され測定室内に露出するように前記裏面上に設けられると共に、ガス導入部を介して測定室内に導入される被測定ガスに晒される第２電極と、を有するガスセンサ素子の検査方法であって、
   少なくとも前記第１固体電解質層に接触させ、且つ多くとも前記ガス導入部に非接触となるように、前記多孔質部に導電性を有する第１検査液を供給する第１工程と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に流れる第１電流値を検出する第２工程と、
   前記第１電流値と第１閾値とを比較して前記第１電極と前記第２電極との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第３工程と、を備えるガスセンサ素子の検査方法。
2. 請求項１に記載のガスセンサ素子の検査方法において、
   前記第１工程では、前記第１検査液が前記多孔質部から溢れるように、前記多孔質部に前記第１検査液を供給するガスセンサ素子の検査方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子の検査方法において、
   前記ガスセンサ素子は、前記第１固体電解質層の裏面上に前記測定室を介して積層された第２固体電解質層と、該第２固体電解質層の表面上で且つ前記測定室内に露出するように設けられると共に、該測定室内に導入される被測定ガスに晒される第３電極と、該第２固体電解質層の裏面上に設けられる第４電極と、前記第４電極を覆うように前記第２固体電解質層の裏面上に積層される第１基板と、を備え、
   前記第３工程よりも後に、少なくとも前記測定室が、導電性を有する第２検査液で浸漬されるように、前記ガスセンサ素子の一部を前記第２検査液に浸す第４工程と、
   前記第４電極と前記第２検査液との間に電圧を印加して前記第４電極と前記第２の検査液との間に流れる第２電流値を検出する第５工程と、
   前記第２電流値と第２閾値とを比較して前記第４電極と第２検査液との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第６工程と、を備えるガスセンサ素子の検査方法。
4. 請求項３に記載のガスセンサ素子の検査方法において、
   前記第１基板には、内部に抵抗発熱体を有し、
   前記第４工程よりも後に、前記抵抗発熱体と前記第２検査液との間に電圧を印加して前記抵抗発熱体と前記第２の検査液との間に流れる第３電流値を検出する第７工程と、
   前記第３電流値と第３閾値とを比較して前記発熱抵抗体と前記第２検査液との間で絶縁が確保されているか否かを判定する第８工程と、を備えるガスセンサ素子の検査方法。

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