JP5139833B2

JP5139833B2 - センサ素子の検査方法

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Publication number: JP5139833B2
Application number: JP2008041749A
Authority: JP
Inventors: 浩司田川; 浩基藤田; 昭二横井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: JP2009198386A

Description

本発明は、ＮＯｘセンサや酸素センサ等のように、電気抵抗体で形成されたヒータで加熱された固体電解質を介して被測定ガス中の所定ガス成分を検出するセンサ素子の検査方法に関する。

従来、被測定ガス中の所望ガス成分の濃度（例えば、ＮＯｘ濃度や酸素濃度）を知るために、各種の測定装置が用いられている。例えば、燃焼ガス等の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定する装置として、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質の層上に、Ｐｔ電極およびＲｈ電極を形成したガスセンサがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開平８−２７１４７６号公報特開２００４−３７４７３号公報

特許文献１あるいは特許文献２に開示されているようなガスセンサにおいて、被測定ガス中の所定ガス成分の検出に用いられるセンサ素子（以下、単に素子とも称する）は、例えば、ジルコニアを主成分とするセラミックスグリーンシート（以下、単にシートとも称する）に対し、種々の回路パターン（以下、単にパターンとも称する）の印刷、パターンが印刷された複数枚のシートの積層、さらに、これらのシートのカットや焼成等を行うことによって製造される。

また、センサ素子を製造する工程においては、各工程での処理が良好に行われているかどうかの様々な検査が行われている。例えば、ヒータを形成してなるパターン（以下、ヒータパターンとも称する）の印刷不良を検出するために、ヒータの抵抗値を測定してその値が正常であるかどうかの検査が行われる。また、素子表面あるいは素子内部に存在するクラック等を原因とする不良を検出するために、外観検査やセンサ素子が正常に動作するかの検査、あるいは、良好な測定精度が確保されているかの検査が行われる。すなわち、センサ素子各部を構成する部材の物性やセンサ素子の出力等（以下、まとめて、素子の特性とも称する）を実際のセンサ使用時とほぼ同じ条件で検査することで、正常に動作しないセンサ素子の検出が行われることとなる。

しかしながら、上述のような検査では、ヒータパターンの印刷にかすれや細くなっている箇所があったり、素子内部に微小なクラックが生じていたりといった欠陥があるものの、該欠陥が、素子製造時にはセンサ素子の機能にほとんど影響を及ぼさない程度のものである場合、このような欠陥を有するセンサ素子を検出することは困難となる。つまり、このような潜在的な欠陥を有するセンサ素子においては、素子製造時には、ヒータの抵抗値の測定やセンサの測定精度の検査を行ったとしても、正常に動作するセンサ素子と同じ検査結果が得られることが多いためである。

製造工程でなされる検査で正常に動作するものとの検査結果が得られたセンサ素子であっても、上述のような潜在的な欠陥が原因となって、実際にガスセンサとして使用した際（以下、実使用時とも称する）、例えば、自動車エンジン等の内燃機関の排気系に取り付けて使用した際に、本来使用可能な期間と比較して、著しく短期間のうちに正常な動作をしなくなり不良となるセンサ素子が生じる可能性がある。

もっとも、このような場合にもセンサ寿命が短くなるだけであるから、そのような事態が生じた場合には新たなセンサと交換をすればすむのであって、乗員その他に危険性を生じさせるものではない。しかしながら、このような短寿命のセンサ素子は出荷前に特定して出荷対象外とすることが望まれる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、製造時に正常に動作しないセンサ素子だけでなく、製造時には正常に動作するものの、本来の耐久性と比較して著しく耐久性が劣ると想定されるセンサ素子（以下「潜在不良品」）を出荷前に発見できるセンサ素子の検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電気抵抗体で形成されたヒータによって温度調整された固体電解質を用いて被測定ガス中のＮＯｘガス成分を検出するＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法であって、前記センサ素子の実使用時よりも大きな電流を前記ヒータに一時的に流して前記センサ素子に熱的過負荷を与える過負荷工程と、前記過負荷工程を経た前記センサ素子の状態を検査する検査工程と、を備え、前記過負荷工程が、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇圧速度の電圧を前記ヒータに印加することにより、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇温速度で前記ヒータの昇温を行う昇温工程、を含み、前記検査工程が、前記昇温工程を経た後の前記センサ素子のＮＯｘ濃度特性が所定の条件をみたすか否かを検査する特性検査工程、を含むことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記昇温速度の上限があらかじめ求められており、前記昇温工程においては、前記昇温速度の上限未満の電圧を過負荷を前記センサ素子に与えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、前記昇温工程においては、昇温による前記ヒータの抵抗値が２Ω以上１０Ω以下となる範囲内で、かつ６０秒以上１２０秒以下の間に最大電圧まで増加するように前記ヒータに電圧が印加されることを特徴とする。

請求項４の発明は、電気抵抗体で形成されたヒータによって温度調整された固体電解質を用いて被測定ガス中のＮＯｘガス成分を検出するＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法であって、前記センサ素子の実使用時よりも大きな電流を前記ヒータに一時的に流して前記センサ素子に熱的過負荷を与える過負荷工程と、前記過負荷工程を経た前記センサ素子の状態を検査する検査工程と、を備え、前記過負荷工程が、前記センサ素子の実使用時に前記ヒータに印加される電圧よりも高いピーク電圧値を持ったパルス電圧を前記ヒータに印加する高電圧印加工程と、前記高電圧印加工程を経た前記センサ素子に対して、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇圧速度の電圧を前記ヒータに印加することにより、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇温速度で前記ヒータの昇温を行う昇温工程と、を含み、前記検査工程が、前記高電圧印加工程を経た前記センサ素子の前記ヒータの抵抗値を測定し、所定の範囲内の抵抗値であるかを検査する抵抗値検査工程と、前記昇温工程を経た後の前記センサ素子のＮＯｘ濃度特性が所定の条件をみたすか否かを検査する特性検査工程と、を含み、前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記パルス電圧の前記ピーク電圧値とパルス時間幅とのそれぞれの上限があらかじめ求められており、前記高電圧印加工程においては、前記パルス電圧の前記ピーク電圧を１０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、前記パルス時間幅を１ｍｓ以上１００ｍｓ以下とすることによって、前記過負荷限界未満の過負荷を前記センサ素子に与える、ことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記昇温速度の上限があらかじめ求められており、前記過負荷工程においては、前記昇温速度の上限未満の電圧を過負荷を前記センサ素子に与えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、前記昇温工程においては、昇温による前記ヒータの抵抗値が２Ω以上１０Ω以下となる範囲内で、かつ、６０秒以上１２０秒以下の間に最大電圧まで増加するように前記ヒータに電圧が印加されることを特徴とする。

請求項１ないし請求項６の発明によれば、実使用時よりも大きな電流をヒータに一時的に流してセンサ素子に熱的過負荷を与えることによって、センサ素子の潜在的欠陥を顕在化させることが可能となり、潜在不良品を出荷前に発見できる。

また、素子内部の検査を行う際の電流の制御（具体的にはそのような電流を生じさせる電圧の制御）を調整することによって実現可能であるため、検査に際して新たに大がかりな装置を導入する必要がない。

また、請求項１の発明では、ヒータの抵抗体はその温度に比例するため、実使用時よりも電圧の立ち上がり時間を短くすることにより、まだ抵抗体が比較的低温となっている状態で大きな電流をヒータに一時的に流して短時間に大きな熱を発生させ、センサ素子表面および内部に生じている微小なクラックを、熱応力によりガスセンサの特性として測定できる程度に大きくするこことができる。このため、クラックを持つ潜在不良品を出荷前に発見することができる。

請求項２および請求項３の発明によれば、良品については非破壊検査となるので、製造されるセンサ素子の全数検査を行うことができる。

＜ガスセンサ＞
図１は、本発明に係るガスセンサの一例であるガスセンサ１００の構成を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ１００は、測定対象とするガス（被測定ガス）中の所定ガス成分を検出し、さらにはその濃度を測定するためのものである。本実施の形態においては、ガスセンサ１００が窒素酸化物（ＮＯｘ）を検出対象成分とするＮＯｘセンサである場合を例として説明する。

ガスセンサ１００は、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質からなるセンサ素子１０１を有する。なお、詳しくは後述するが、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１はヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、固体電解質が活性化する温度にセンサ素子１０１を加熱して保温できるようになっている。

図１に例示するセンサ素子１０１は、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する。係るセンサ素子１０１の製造は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工およびパターン印刷などを行った後に、それらを積層して所定の素子単位にカットし、焼成することによって行われる。

センサ素子１０１の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。ガス導入口１０と、緩衝空間１２と第１内部空所２０と第２内部空所４０とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画された内部空間である。第１拡散律速部１１と第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位を、ガス流通部とも称する。

また、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、基準ガス導入空間４３が設けられてなる。基準ガス導入空間４３は、上部をスペーサ層５の下面で、下部を第３基板層３の上面で、側部を第１固体電解質層４の側面で区画された内部空間である。基準ガス導入空間４３には、基準ガスとして、例えば大気が導入される。

ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれる。

第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

緩衝空間１２は、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によって生じる被測定ガスの濃度変動を、打ち消すことを目的として設けられてなる。

第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第２拡散律速部１３に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられる。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。

主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の内側ポンプ電極２２と対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成される電気化学的ポンプセルである。内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、平面視矩形状の多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ₂のサーメット電極）として形成される。なお、内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯ成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。

主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間にセンサ素子１０１外部に備わる可変電源２４により所望のポンプ電圧Ｖｐ１を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ１を流すことにより第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所に汲み入れることが可能となっている。

第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０から第２内部空所４０に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された外皮測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられる。

ＮＯｘ濃度の測定は、測定用ポンプセル４１が作動することによって可能となる。測定用ポンプセル４１は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる基準電極４２と、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって、第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられた測定電極４４と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。基準電極４２と測定電極４４は、いずれも平面視ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極である。なお、基準電極４２の周囲には、多孔質アルミナからなり、基準ガス導入空間につながる大気導入層４８が設けられてなる。測定電極４４は、被測定ガス成分たるＮＯｘを還元し得る金属と、ジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成される。これによって、測定電極４４は、第２内部空所４０内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。

さらに、測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナを成分とする多孔質体によって構成される膜であり、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。

測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４と基準電極４２との間に、直流電源４６を通じて一定電圧であるポンプ電圧Ｖｐ２が印加されることによって、ＮＯｘを還元し、これによって発生した第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間４３に汲み出せるようになっている。この測定用ポンプセル４１の動作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計４７によって検出されるようになっている。

また、第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素分圧が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに、補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、ガスセンサ１００においては、高精度でのＮＯｘ濃度測定が実現される。

補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面と略全面に設けられた補助ポンプ電極５１と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、基準電極４２とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。

補助ポンプ電極５１は、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯ成分に対する還元能力を弱めた、あるいは、還元能力のない材料を用いて形成される。

補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間にセンサ素子１０１外部に備わる直流電源５２を通じて一定電圧Ｖｐ３を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間４３に汲み出せるようになっている。

また、センサ素子１０１においては、内側ポンプ電極２２と基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって電気化学的センサセルである制御用酸素分圧検出センサセル６０が構成されている。

制御用酸素分圧検出センサセル６０は、第１内部空所２０内の雰囲気と基準ガス導入空間４３の基準ガス（大気）との間の酸素濃度差に起因して生じる内側ポンプ電極２２と基準電極４２との間に発生する起電力Ｖ１に基づいて、第１内部空所２０内の雰囲気中の酸素分圧を検出できるようになっている。検出された酸素分圧は可変電源２４をフィードバック制御するために使用される。具体的には、第１内部空所２０の雰囲気の酸素分圧が、第２内部空所４０において酸素分圧制御が行え得る程度に十分低い所定の値となるように、主ポンプセル２１に印加されるポンプ電圧が制御される。

このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。従って、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が汲み出されることによって測定用ポンプセル４１を流れるポンプ電流Ｉｐ２は、還元されるＮＯｘ濃度に対して線形的に増加することになる。これに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。

さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４とを備えている。

ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。

ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータ電極７１と接続されており、該ヒータ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、固体電解質層を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第２内部空所４０の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に加熱して保温できるようになっている。

ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２および第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性、つまり、ヒータ電極７１を除くセンサ素子１０１の各電極とヒータ７２との電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

図２は、ヒータ部７０の構成をより具体的に説明するための図であって、１０１の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２では、センサ素子１０１において、図面視で下側から、第１基板層１および第２基板層２の一の層として示す第１層１０２と、ヒータ７２の下側のヒータ絶縁層７４とを示す第１ヒータ絶縁層７４ａと、ヒータ７２と、ヒータ７２の上側のヒータ絶縁層７４を示す第２ヒータ絶縁層７４ｂと、第３基板層３、第１固体電解質層４、スペーサ層５および第２固体電解質層６を一の層として示す第２層１０３とを図示している。

第１層１０２の下面には、ヒータ電極７１として、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとが形成されている。第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとは、それぞれ対応するスルーホール７３を介してヒータ７２と接続されている。

具体的には、ヒータ７２の一方の端部である第１ヒータ端部７２ａが、第１ヒータ電極７１ａと接続されている。また、他方の端部である第２ヒータ端部７２ｂが、第２ヒータ電極７１ｂと接続されている。つまり、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとの間に外部電源を接続し、該電極間に電圧を印加することで、ヒータ７２が発熱するようになっている。

＜実施形態における検査原理＞
この発明では、センサ素子１０１の実使用時よりも大きな電流をヒータ７２に一時的に流してセンサ素子１０１に熱的過負荷を与えてから、当該センサ素子１０１の状態を検査するが、その代表的な態様としては２つある。

第１の方法は、実使用時の電圧よりも高いピーク値を持つパルス電圧を与えて大電流をヒータ７２に流すという方法であり、第２の方法は、印加電圧値は実使用時と同じないしは同程度だが立ち上がり時間が短いステップ電圧を与えることにより、立ち上がり当初の低温（室温）ではヒータ７２の抵抗値が小さいことを利用して一時的な大電流を流すという方法である。

第１の方法については、ヒータ７２を構成する抵抗体の全抵抗値をＲとし、抵抗体各部の局所的な抵抗値をΔＲ(ｘ)とすると、印加電圧Ｖに対する電流Ｉ＝Ｖ／Ｒは、全抵抗Ｒで定まるが、抵抗体各部の局所的な発熱量ΔＱは、ヒータパターンのかすれなどによって細くなった部分の局所的な抵抗値をΔＲ(ｘ)は他の部分の局所的抵抗値ΔＲ(ｘ’)よりも大きいため、細くなった部分の局所的な発熱量ΔＱ＝Ｉ２ΔＲ(ｘ)は、他の部分の局所的な発熱量ΔＱ’＝Ｉ２ΔＲ(ｘ’)よりも大きいことを利用して他の部分への影響を少なくしつつ細線部分を焼き切って潜在不良品を顕在化させるという原理に基づく。

図３は、第１の方法において、センサ素子１０１の実使用時の電圧よりも高いピーク値を持つパルス電圧を印加したときのヒータ７２の発熱量の時間変化を示す概念図である。Ｌ１はヒータパターンが良好に形成されてなるセンサ素子１０１のヒータ７２の局所的な発熱量の時間変化を示す。また、Ｌ２はヒータパターンに細い箇所がある潜在不良品としてのセンサ素子１０１におけるヒータ７２の該細い箇所の局所的な発熱量の時間変化を示す。

Ｌ２で示す発熱量の変化は、Ｌ１の発熱量の変化と比べて、電圧を印加してから早い時間に非常に大きな発熱量となる。これは上述したように、ヒータパターンの細くなった箇所の局所的な抵抗値ΔＲ（ｘ）は、正常なヒータパターンの局所的な抵抗値ΔＲ（ｘ’）より大きいことに起因する。Ｌ２で示す発熱量の変化のピーク付近（正常なヒータパターンの局所的な発熱量の最大値より大きな値を取る領域）での大きな発熱を利用して、ヒータパターンの細くなっている箇所を焼き切ることとなる。

第２の方法については、ヒータ７２を構成する抵抗体の全抵抗値をＲとし、抵抗体各部の局所的な抵抗値をΔＲ(ｘ)とすると、低温状況では抵抗値Ｒが小さいために印加電圧Ｖによる電流Ｉ＝Ｖ／Ｒは、ヒータ７２が高温となった後の大きな抵抗値Ｒ’での電流Ｉ＝Ｖ／Ｒ’と比較して大きくなるため、早めに印加電圧Ｖを目標値（定常値）まで立ち上げることにより、ヒータ７２が高温になる以前の期間に大電流を流す（したがって高い熱量を発生させる）ことができ、それによって実使用時よりも大きな熱応力を生じさせ、クラックの発生に関する潜在不良品を顕在化させることを原理とする。

図４は、センサ素子１０１の実使用時および第２の方法において、ヒータ７２に印加する電圧の時間変化を示す概念図である。Ｌ３はセンサ素子１０１の実使用時にヒータ７２に印加する電圧を表している。また、Ｌ４は第２の方法においてヒータ７２に印加する電圧を示している。Ｌ４の示す電圧変化においては、Ｌ３に示す電圧変化より早く目標とする定常値に達する。すなわち、第２の方法においては、実使用時と比較して、ヒータ７２が低温時に、つまり、ヒータ７２の抵抗値が低いときに、大きな電圧が印加されることとなる。

また、図５は、センサ素子１０１の実使用時および第２の方法において、ヒータ７２に流れる電流の時間変化を示す概念図である。Ｌ５は上記Ｌ３のような時間変化をする電圧をヒータ７２に印加した際の電流の変化を示す。また、Ｌ６はＬ４のような時間変化をする電圧をヒータ７２に印加した際の電流の変化を示す。上述したように、ヒータ７２が低温時（すなわち、ヒータの抵抗値が低いとき）に、ヒータ７２にはより大きな電圧が印加されるので、結果として、実使用時の電流変化を示すＬ５よりも大きな電流Ｌ６が流れることとなる。

さらに、図６は、センサ素子１０１の実使用時および第２の方法において、ヒータ７２にＬ３あるいはＬ４の電圧を印加するときの（Ｌ５あるいはＬ６の電流が流れるときの）、ヒータ７２の発熱量の時間変化を示す概念図である。発熱量は、電圧と電流に比例するため、Ｌ３とＬ５との積でＬ７が、また、Ｌ４とＬ６との積でＬ８が表されることとなる。

Ｌ８において、Ｌ７の示す発熱量の最大値より大きな発熱量を示す領域では、実使用時にセンサ素子１０１にかかるよりも大きな熱応力が生じることとなる。この熱応力を利用して、微小なクラックを有する潜在不良品を顕在化させることができる。

以下に説明する「ヒータパターン検査」は上記第１の方法に対応し、「クラック検査」は第２の方法に対応する。

＜ヒータパターン検査装置＞
次に、ヒータパターン検査装置２００について説明する。

ヒータパターン検査装置２００は、センサ素子１０１のヒータ７２に、実使用時に印加する電圧より大きい所定の電圧を印加し、ヒータパターンにかすれや細くなっている部分を熱応力により断線させることによって、つまり、焼き切ることによって、製造時には正常に動作するものの、センサ素子本来の耐久性と比較して、著しく耐久性が劣る潜在不良品としてのセンサ素子１０１を検出するための検査を行う装置である。

図７は、ヒータパターン検査装置２００の構成を概略的に示す模式図である。ヒータパターン検査装置２００は、抵抗値測定器２０１と、直流電源２０２と、ヒータパターン検査装置における処理の制御および実行をする制御部２０３と、抵抗値測定器２０１とセンサ素子１０１との接続を切り替えるスイッチＳＷ１と、直流電源２０２とセンサ素子１０１との接続を切り替えるスイッチＳＷ２とを備えている。

また、図７においては、センサ素子１０１を、図１および図２とは図面視で上下方向を逆に、つまり、第１基板層１を図面視で上側に図示している。ヒータパターン検査装置２００は、センサ素子１０１の第１ヒータ電極７１ａおよび第２ヒータ電極７１ｂを通じてヒータ７２と接続されている。接続に際しては、センサ素子１０１を治具等（図示省略、例えば、後述するセンサ素子治具３０１を用いる態様であってもよい）によりヒータパターン検査装置２００に固定したうえで接続することが望ましい。

抵抗値測定器２０１は、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとに、スイッチＳＷ１を介して接続されている。ヒータパターン検査装置２００においては、スイッチＳＷ１を閉じ、かつ、スイッチＳＷ２を開くことで、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとの間の抵抗値、つまり、ヒータ７２の抵抗値を、抵抗値測定器２０１によって測定することができるようになっている。抵抗値測定器２０１には、例えば、デジタルマルチメータなどが用いられる。

直流電源２０２は、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとに、スイッチＳＷ２を介して接続されている。ヒータパターン検査装置２００においては、スイッチＳＷ２を閉じ、かつ、スイッチＳＷ１を開くことで、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとの間に、所定の電圧を直流電源２０２によって印加することができるようになっている。

直流電源２０２にあたっては、印加する電圧が、ガスセンサ１００の実使用時に印加するよりも大きい電圧であって、かつ、良好に形成されているヒータパターン（良品とされるセンサ素子のヒータパターン）を焼き切ることがないように調整される。また、ヒータパターンへの影響を小さくする等の目的のため、電圧の印加はごく短い時間のみ行われる。したがって、印加する電圧はパルス電圧の形をとる。

このような、かすれ等で細くなっているヒータパターンの箇所を断線するために印加する電圧の好適な条件は、電圧の大きさが１０Ｖ以上５０Ｖ以下であり、該電圧を印加する時間が１ｍｓ以上１００ｍｓ以下である。さらに、２４Ｖの電圧を１０ｍｓ間印加することがより望ましい。

図８は、ヒータパターン検査においてヒータ７２に印加される電圧の時間変化の一例を示す図である。上述したように、スイッチＳＷ１が閉じられ、かつ、スイッチＳＷ２が開かれた状態で、直流電源２０２によりヒータ７２に印加される電圧の様子を示している。

図８において、０ｍｓから１０ｍｓの間は直流電源２０２によってヒータ７２への電圧は印加されていない状態を表している。すなわち、スイッチＳＷ２が開いている状態を示している。その後の１０ｍｓの時点でスイッチＳＷ２が閉じられ、ヒータ７２に（すなわち、第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとの間に）約２４Ｖの電圧が印加される。この電圧値は、実使用時の印加電圧である５Ｖ〜６Ｖ程度よりも大きな値である。該電圧が２０ｍｓの時点まで印加された後、スイッチＳＷ２が開かれ、再び直流電源２０２による電圧は印加されていない状態となる。

このように、図８に示すような電圧を印加することによって、ヒータ７２では、図３に示すような発熱が得られることとなる。

また、電圧を印加する時間の制御、すなわち、電圧印加の開始時および終了時のスイッチＳＷ２の開閉の制御は制御部２０３により行われる。図７に戻って、制御部２０３は、ヒータパターン検査装置２００における、種々の処理の制御および実行をする役割を担っており、コンピュータによりプログラムを実行することによって実現されるのがその好適な一例である。制御部２０３は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２の開閉や、直流電源２０２により回路に印加する電圧値（ピーク電圧）や電圧を印加する時間（パルス時間幅）の制御を行う。

さらに、制御部２０３にあたっては、抵抗値測定器２０１によって測定された抵抗値とあらかじめ設定された値とを比較し、測定された抵抗値が所定の範囲内のものであるかの判定が行われる。

直流電源２０２による電圧の印加がなされていないセンサ素子１０１においては、すなわち、ヒータパターンにかすれ等により細くなっている部分を焼き切る処理を行っていないセンサ素子１０１においては、抵抗値測定器２０１により測定された値が非常に大きい場合、ヒータ７２を形成するパターンに非常に細くなっている箇所があるか、あるいは、断線している箇所があるか、あるいは、パターンに細い箇所が長くあるものとし、不良のあるセンサ素子１０１であると判定する。

また、直流電源２０２による電圧の印加がなされたセンサ素子１０１においては、抵抗値測定器２０１にて測定した抵抗値が非常に大きな場合は、ヒータ７２を形成するパターンに非常に細くなっている箇所があるか、あるいは、断線している箇所があるか、あるいは、パターンに細い箇所が長くあるものに加えて、ヒータ７２を形成してなる印刷パターンにかすれ等により細くなっている部分を焼き切ったセンサ素子１０１についても検出することができる。

＜クラック検査装置＞
次にクラック検査装置３００について説明する。

センサ素子１０１用いて製造されたガスセンサ１００においては、実使用時に、ヒータ部７０の機能によりセンサ素子１０１が加熱されることとなる。クラック検査装置３００において、ヒータ部７０によるセンサ素子１０１の加熱の温度上昇の時間変化率（昇温速度）を実使用時よりも大きくすることで、センサ素子表面および内部に生じている微小なクラックを、熱応力により大きくすることができるようになっている。これにより、クラック検査装置３００は、該装置による検査時点ではセンサ素子１０１の機能に影響しない程度のクラックではあるが、実使用時に、センサ素子本来の耐久性と比較して著しく耐久性が劣ってしまうようなセンサ素子を生ずる原因と想定されるクラックを、素子の特性として検出できる程度に大きくし、特性を測定することで不良となる素子を検出するための検査を行う装置である。

図９は、クラック検査装置３００の構成を概略的に示す模式図である。クラック検査装置３００は、センサ素子１０１とクラック検査装置３００とを接続し固定するセンサ素子治具３０１と、ヒータ制御用回路３０２と、特性測定用回路３０３とを備えている。

センサ素子治具３０１は、センサ素子１０１とクラック検査装置３００とを接続し固定する役割を担う。具体的には、センサ素子治具３０１は、センサ素子１０１の第１ヒータ電極７１ａおよび第２ヒータ電極７１ｂと接触する態様にて接続されている。さらに、図示は省略しているが、センサ素子１０１の他の電極（内側ポンプ電極２２、外側ポンプ電極２３、基準電極４２、測定電極４４、補助ポンプ電極５１）とも接続されている。すなわち、センサ素子１０１の各電極とクラック検査装置３００の特性測定用回路３０３およびヒータ制御用回路３０２とは、センサ素子治具３０１を通じて接続されていることとなる。

ヒータ制御用回路３０２は、所定の時間変化をする電圧をヒータ７２に印加できるように構成されてなる。ヒータ制御用回路３０２は、センサ素子治具３０１を介してセンサ素子１０１の第１ヒータ電極７１ａと第２ヒータ電極７１ｂとに接続されている。ヒータ制御用回路３０２は、その機能を実現するために、主として、可変電源３０２ａと、可変電源３０２ａにより印加する電圧の時間変化を制御する電圧制御部３０２ｂとを備えている。

ところで、実使用時のセンサ素子１０１においては、ヒータ部７０の機能により、固体電解質が活性化する温度にまで加熱されることとなる。ヒータ７２の抵抗値は、温度におよそ比例して増加するため、一定電圧を印加してヒータ７２を発熱するのではヒータ７２が低温時に発生する熱量が大きくなってしまうこととなる。ヒータ７２が低温時すなわちセンサ素子１０１が低温時に、上記のような急な加熱を行うとセンサ素子１０１内にクラック等が生じて不良となってしまうことがある。このようなクラックの発生を防ぐため、ヒータ７２およびセンサ素子１０１が低温時は、ヒータ７２の温度上昇がゆっくりなるように電圧が調整されることとなる。例えば、ヒータ７２に印加する電圧の時間変化（以下、電圧プロファイルとも称する）を制御することで実現される。

本実施の形態に係るヒータ制御用回路３０２では、このような温度調整を、電圧制御部３０２ｂが可変電源３０２ａによりヒータ７２に印加する電圧の時間変化を制御することによって実現されている。

電圧制御部３０２ｂによる可変電源３０２ａの電圧の制御は、あらかじめ電圧印加開始からの時間に対応した電圧値を決定しておき、指定された時間ごとに可変電源３０２ａの電圧を調整することにより行っている。また、電圧制御部３０２ｂによる電圧の制御は上述の態様に限られず、ヒータ７２の抵抗値やセンサ素子１０１の温度を測定して、該測定値があらかじめ設定した値を満たすように可変電源３０２ａにより印加する電圧を調整する態様であっても構わない。

また、係るクラック検査にあたっては、実使用時の電圧プロファイルによるヒータ７２の温度上昇（あるいは、センサ素子１０１の温度上昇）よりも昇温の速度が大きくなるように調整されている。また、このような昇温速度は、微小なクラック等を生じていないセンサ素子１０１にまで新たに微小なクラックが生じてしまわない程度に調整されている。

温度上昇の好適な条件は、ヒータ７２の抵抗値が２Ω以上１０Ω以下の範囲内で、６０秒以上１２０秒以下の間に増加するようにヒータ７２に電圧が印加されることである。さらに、１．５Ωから６．２Ωへの増加を８５秒間で行うことがより望ましい。なお、実使用時においては、これらの値は１５０秒程度である。

このような電圧を印加することによって、センサ素子１０１表面および内部に生じている微小なクラックを熱応力により大きくして顕在化させ、センサの特性として測定できる程度のものとすることが可能となっている。

図１０は、本実施の形態に係るクラック検査における、温度上昇によるヒータ７２の抵抗値の時間変化の一例を示す図である。図１０においては、各時間ごとにあらかじめ設定した電圧を印加したときのヒータ７２の抵抗値の変化を示している。０ｓの時点から可変電源３０２ａによる電圧の印加を開始しており、電圧印加を開始した時のヒータ７２の抵抗値ａは１．６Ωである。その後８０ｓまで、所定の電圧を印加しつつヒータ７２の抵抗値、および、抵抗値に比例するヒータ７２の温度は上昇していく。さらに、８０ｓから１２０ｓの間は６．２Ωの抵抗値ｂを保つようにヒータ７２には電圧が印加される。

ヒータ７２においては、図１０に示す抵抗値の変化によって、図６で示すような発熱が得られる。

図９に戻って、特性測定用回路３０３は、センサ素子１０１の特性の測定を行うことができるように構成されてなる。特性の測定はセンサ素子１０１の感度を測定することにより行われる。係るクラック検査装置３００において行われるセンサ素子１０１の特性測定は、種々の方法で行うことができる。また、複数の特性測定の結果を組み合わせて素子の良不良を判定することが望ましい。以下に、特性測定の一例について説明する。

ＮＯｘ濃度が既知であるガス実際にセンサ素子１０１を用いて測定することで行われる。例えば、Ｎ₂ベースに、Ｏ₂が３％、Ｈ₂Ｏが３％と、ＮＯｘ濃度が３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍの混合気を用いる。具体的には、所定の条件下で、各ＮＯｘ濃度の混合気中にセンサ素子１０１を配し、測定用ポンプセル４１の動作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２を電流計４７により検出する。そして、各ＮＯｘ濃度に対し測定されたＩｐ２が所定の程度の線形性を有していること、また、Ｉｐ２の値が正常に機能するセンサ素子１０１と比較して大きく異なっていないことによって良好なセンサ素子であることを判定している。

また、素子特性は、Ｉｐ２のＮＯｘ濃度依存性によって判定する態様に限られたものではなく、ＮＯおよびＯ₂が０ｐｐｍのときのＩｐ２の値、抵抗値の測定、Ｉｐ１の値のＯ₂濃度と直線性や、ならびにＯ₂濃度のＩｐ２への依存性などを測定し、これらの値が所定の範囲内にあるかを判定するような態様であっても構わない。

係るクラック検査装置３００においては、センサ素子表面および内部に生じている微小なクラックを、熱応力により大きくすることによって、センサの特性として測定できる程度のものとすることで、製造時には正常に動作するものの、センサ素子本来の耐久性と比較して、著しく耐久性が劣る潜在不良品としてのセンサ素子１０１を検出することができるようになっている。

＜ガスセンサの製造の流れの概略＞
図１１は、ガスセンサ１００の製造の流れの概略を示す図である。まず、センサ素子１０１が製造される（ステップＳ１）。センサ素子１０１は、各固体電解質層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工およびパターン印刷などを行った後に、それらを積層して積層体を形成し、さらに積層体を所定の素子単位に切り分けたものを焼成することによって製造される。

センサ素子１０１の製造において、素子の焼成が行われる工程は、高温下で行われることや素子の収縮が伴うことから、センサ素子１０１におけるヒータパターンのかすれや、センサ素子１０１表面および内部のクラック等の不良が、他の工程と比べて発生するおそれがある。

続いて、ステップＳ１にて製造されたセンサ素子１０１に対して、ヒータパターンが良好であるかどうかがヒータパターン検査装置２００によって検査され、不良と判断されるセンサ素子１０１の検出が行われる（ステップＳ２）。

続いて、センサ素子１０１表面および内部にクラック等がないかどうかがクラック検査装置３００によって検査され、不良と判断されるセンサ素子１０１の検出が行われる（ステップＳ３）。

ステップＳ２およびステップＳ３の検査にて良好と判断されたセンサ素子１０１を用いて、ガスセンサ１００が製造される（ステップＳ４）。以上で、ガスセンサ１００の製造が終了する。以下に、ステップＳ２で行われるヒータパターン検査およびステップＳ３で行われるクラック検査についてより具体的に説明する。

＜ヒータパターン検査の流れ＞
図１２は、ステップＳ２で行われるヒータパターン検査の流れを示す図である。ヒータパターン検査を実施するにあたっては、まず、ヒータパターン検査装置２００とセンサ素子１０１のヒータ電極とを接続される（ステップＳ２１）。すなわち、図７で示したように、ヒータパターン検査装置２００とセンサ素子１０１とが第１ヒータ電極７１ａおよび第２ヒータ電極７１ｂにて接続される。

センサ素子１０１とヒータパターン検査装置２００とが接続された後、まず、センサ素子１０１のヒータ７２の抵抗値が測定される（ステップＳ２２）。ヒータ７２の抵抗値の測定は、抵抗値測定器２０１により行われる。この際、スイッチＳＷ１は閉じられ、かつスイッチＳＷ２は開かれた状態となるように制御部２０３の働きによって制御される。

続いて、ステップＳ２２にて測定されたヒータ７２の抵抗値が所定の範囲の値であるかどうかの判定が制御部２０３にて行われる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３においては、主に、所定の範囲の抵抗値を越える非常に大きな抵抗値を示すセンサ素子１０１の検出することで、ヒータパターンが断線していたり、非常に細くなっている箇所があるセンサ素子１０１を見つけ出す。また、さらに、抵抗値が非常に小さく、ヒータとしての効果を発揮できないものについても、不良のセンサ素子１０１であるとして検出を行う。

所定の範囲外の抵抗値を示すセンサ素子１０１は、不良であると判定し検査を終了する。

続いて、ステップＳ２３にて抵抗値が所定の範囲内にあると判定されたセンサ素子１０１について、直流電源２０２による電圧の印加が行われる（ステップＳ２４）。具体的には、制御部２０３の制御により、スイッチＳＷ１が開かれ、さらにスイッチＳＷ１が閉じられることにより、ヒータ７２への電圧の印加が開始される。ヒータ７２に印加される電圧は、ガスセンサ１００の実使用時に印加するよりも大きい電圧であって、かつ、ヒータパターンのかすれや細くなっていない箇所は焼き切ることがないように調整される。所定のごく短い時間電圧が印加された後は、スイッチＳＷ２が開かれ、電圧の印加が終了する。本実施の形態において印加される電圧は、例えば、前述したように、図８に示すような時間変化をするものである。

ヒータパターン検査においては、直流電源２０２により所定の電圧を印加することにより、ヒータパターンのうち、かすれ等を原因として細くなっている箇所について、抵抗値が大きくなっていることを考慮し、これを焼き切ることができる。したがって、ステップＳ２４の電圧印加を終えた時点で、上記のようにかすれ等を原因として細くなっている箇所については、断線している状態、あるいは、非常に細いヒータパターンとなっていることとなる。

続いて、抵抗値測定器２０１により、再び、ヒータ７２の抵抗値が測定される（ステップＳ２５）。ステップＳ２５での抵抗値測定は、ステップＳ２２での抵抗値測定と同様のものである。しかしながら、ステップＳ２５での抵抗値測定においては、ステップＳ２４により電圧が印加されたことによりヒータパターンに断線等が生じたセンサ素子１０１については、抵抗値がステップＳ２２での測定値と比較して大きくなることとなる。

続いて、ステップＳ２５にて測定されたヒータ７２の抵抗値所定の範囲の値であるかどうかの判定が制御部２０３にて行われる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６での処理は、ステップＳ２３と同様のものである。しかしながら、ステップＳ２４での処理により断線あるいはヒータパターンが非常に細くなったセンサ素子については、ステップＳ２３において抵抗値が所定の範囲内にあったものであっても、ステップＳ２６では所定の範囲以上の抵抗値を持つことになる。すなわち、ステップＳ２６においては、センサ素子１０１の製造時には正常に動作するものの、センサ素子本来の耐久性と比較して、著しく耐久性が劣る潜在不良品を検出することができるようになっている。

ヒータ７２の抵抗値が所定の範囲内にあるセンサ素子については、良好であると判定されヒータパターン検査が終了される。一方、所定の範囲外の抵抗値をもつセンサ素子１０１については、不良と判定され検査が終了する。以上で、ステップＳ２で行われるヒータパターン検査が終了する。

＜クラック検査の流れ＞
図１３は、ステップＳ３で行われるクラック検査の流れを示す図である。クラック検査を実施するにあたっては、まず、センサ素子１０１のヒータ電極とがセンサ素子治具３０１を接続することにより、クラック検査装置３００と接続される（ステップＳ３１）。図９で示したように、クラック検査装置３００とセンサ素子１０１とがセンサ素子治具３０１を介してヒータ制御用回路３０２および特性測定用回路３０３と接続されることとなる。センサ素子１０１の第２ヒータ電極７１ａおよび第２ヒータ電極７１ｂ、さらに、センサ素子１０１の各電極はセンサ素子治具３０１を通して、ヒータ制御用回路３０２および特性測定用回路３０３と接続される。

続いて、ヒータ制御用回路３０２により、ヒータ７２が所定の温度変化をするようにヒータ７２に電圧が印加され、センサ素子１０１が加熱される（ステップＳ３２）。実使用時にセンサ素子１０１にヒータ部７０になされるより早い昇温速度となるように加熱される。例えば、前述したように、図１０に示されるような抵抗値の変化をするように電圧が印加されることとなる。

ステップＳ３５にて所定の昇温パターンで加熱されたセンサ素子１０１に対し、特性測定用回路３０３により特性測定が行われる（ステップＳ３３）。

ステップＳ３４にて測定された特性が、所定の条件を満足するものであるかどうかの判定が行われる（ステップＳ３４）。

測定された特性が条件を満足していれば良好なセンサ素子１０１であると判定され、クラック検査は終了する。また、これらの特性が所定の条件を満たしていないセンサ素子１０１については不良と判定され検査は終了する。以上で、ステップＳ３で行われるクラック検査が終了する。

＜変形例＞
ヒータパターン検査とクラック検査とを実施する順序は逆であってもよい。但し、クラック検査を先に実施した場合は、一度温度が低下した後にヒータパターン検査を実施するか、温度上昇を考慮して電圧を印加することが好ましい。また、各検査を単独で実施することも可能である。

また、ヒータパターン検査とクラック検査との両検査を一の装置にて行う態様であってもよい。この際、例えば、センサ素子治具３０１を介してセンサ素子１０１とクラック検査装置３００との接続に加えて、さらに、センサ素子治具３０１を介してヒータ電極にヒータパターン検査装置を接続する態様であってもよい。

本実施の形態においては、単一の素子の検査を行う検査装置について説明したが、複数のセンサ素子を一度に検査する装置態様であっても構わない。この場合、クラック検査における昇温や温度降下を、一度に複数のセンサ素子に対し行うことができるので、一のセンサ素子あたりの検査時間は短縮されることとなる。

なお、ステップＳ３３およびステップＳ３４においてセンサ素子１０１の特性の測定および特性が条件を満たすかの判定が行われているが、この特性測定は、ステップＳ３２における速度を速めた昇温の処理を行うより前においても行う態様であってもよい。

ガスセンサ１００の構成を概略的に示す断面模式図である。センサ素子１０１の構成を概略的に示す分解斜視図である。実使用時よりも高いピーク値を持つパルス電圧を印加したときのヒータ７２の発熱量の時間変化を示す概念図である。実使用時および第２の方法において、ヒータ７２に流れる電圧の時間変化を示す概念図である。実使用時および第２の方法において、ヒータ７２に流れる電流の時間変化を示す概念図である。実使用時および第２の方法において、ヒータ７２に電圧を印加するときのヒータ７２の発熱量の時間変化を示す概念図である。ヒータパターン検査装置２００の構成を概略的に示す模式図である。ヒータパターン検査においてヒータ７２に印加される電圧の時間変化の一例を示す図である。クラック検査装置３００の構成を概略的に示す模式図である。クラック検査における、温度上昇によるヒータ７２の抵抗値の時間変化の一例を示す図である。ガスセンサ１００の製造の流れの概略を示す図である。ヒータパターン検査の流れを示す図である。クラック検査の流れを示す図である。

符号の説明

７０ヒータ部
７１ヒータ電極
７１ａ第１ヒータ電極
７１ｂ第２ヒータ電極
７２ヒータ
７３スルーホール
７４ヒータ絶縁層
１００ガスセンサ
１０１センサ素子
２００ヒータパターン検査装置
２０１抵抗値測定器
２０２直流電源
２０３制御部
３００クラック検査装置
３０１センサ素子治具
３０２ヒータ制御用回路
３０２ａ可変電源
３０２ｂ電圧制御部
３０３特性測定用回路

Claims

電気抵抗体で形成されたヒータによって温度調整された固体電解質を用いて被測定ガス中のＮＯｘガス成分を検出するＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法であって、
前記センサ素子の実使用時よりも大きな電流を前記ヒータに一時的に流して前記センサ素子に熱的過負荷を与える過負荷工程と、
前記過負荷工程を経た前記センサ素子の状態を検査する検査工程と、
を備え、
前記過負荷工程が、
前記センサ素子の実使用時よりも速い昇圧速度の電圧を前記ヒータに印加することにより、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇温速度で前記ヒータの昇温を行う昇温工程、
を含み、
前記検査工程が、
前記昇温工程を経た後の前記センサ素子のＮＯｘ濃度特性が所定の条件をみたすか否かを検査する特性検査工程、
を含むことを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。
請求項１に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、
前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記昇温速度の上限があらかじめ求められており、
前記昇温工程においては、前記昇温速度の上限未満の電圧を過負荷を前記センサ素子に与えることを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。
請求項２に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、
前記昇温工程においては、昇温による前記ヒータの抵抗値が２Ω以上１０Ω以下となる範囲内で、かつ、６０秒以上１２０秒以下の間に最大電圧まで増加するように前記ヒータに電圧が印加されることを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。
電気抵抗体で形成されたヒータによって温度調整された固体電解質を用いて被測定ガス中のＮＯｘガス成分を検出するＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法であって、
前記センサ素子の実使用時よりも大きな電流を前記ヒータに一時的に流して前記センサ素子に熱的過負荷を与える過負荷工程と、
前記過負荷工程を経た前記センサ素子の状態を検査する検査工程と、
を備え、
前記過負荷工程が、
前記センサ素子の実使用時に前記ヒータに印加される電圧よりも高いピーク電圧値を持ったパルス電圧を前記ヒータに印加する高電圧印加工程と、
前記高電圧印加工程を経た前記センサ素子に対して、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇圧速度の電圧を前記ヒータに印加することにより、前記センサ素子の実使用時よりも速い昇温速度で前記ヒータの昇温を行う昇温工程と、
を含み、
前記検査工程が、
前記高電圧印加工程を経た前記センサ素子の前記ヒータの抵抗値を測定し、所定の範囲内の抵抗値であるかを検査する抵抗値検査工程と、
前記昇温工程を経た後の前記センサ素子のＮＯｘ濃度特性が所定の条件をみたすか否かを検査する特性検査工程と、
を含み、
前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記パルス電圧の前記ピーク電圧値とパルス時間幅とのそれぞれの上限があらかじめ求められており、
前記高電圧印加工程においては、前記パルス電圧の前記ピーク電圧を１０Ｖ以上５０Ｖ以下とし、前記パルス時間幅を１ｍｓ以上１００ｍｓ以下とすることによって、前記過負荷限界未満の過負荷を前記センサ素子に与える、
ことを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。
請求項４に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、
前記センサ素子が正常な素子である場合に、実使用時において要求される特性を検査後においても前記センサ素子が維持するための過負荷限界として、前記昇温速度の上限があらかじめ求められており、
前記過負荷工程においては、前記昇温速度の上限未満の電圧を過負荷を前記センサ素子に与えることを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。
請求項５に記載のＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法において、
前記昇温工程においては、昇温による前記ヒータの抵抗値が２Ω以上１０Ω以下となる範囲内で、かつ、６０秒以上１２０秒以下の間に最大電圧まで増加するように前記ヒータに電圧が印加されることを特徴とするＮＯｘセンサ用のセンサ素子の検査方法。