(57)【要約】【課題】短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を提供する。【解決手段】センサ素子評価装置１は、内容積が比較的小さい素子配置空間４１を備えることで、内容積が大きい場合に比べてガスの入れ替え時間を短縮できる。給気口３９および排気口３７が、素子配置空間４１においてセンサ素子１５を挟み込むように互いに反対側の領域に配置されることから、センサ素子評価装置１は、給気口３９から供給された評価用ガスは排気口３７に向けて移動する際に、必ずセンサ素子１５の配置領域を通過するため、センサ素子１５に対して評価用ガスを確実に供給できる。センサ素子評価装置１は、残留ガスを強制的に排気したあとに評価用ガスを供給するガスの入れ替え方法を採ることから、短時間で残留ガスを評価用ガスに入れ替えることが可能となる。【選択図】図２
2010122056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に検知部が形成されるとともに後端側に電極パッド部が形成される長尺形状のセンサ素子を収容する素子配置空間を備えるセンサ素子収容部と、
前記素子配置空間に連通して、評価用ガスを前記素子配置空間に供給する給気口と、
前記素子配置空間に連通して、前記素子配置空間からガスを排気する排気口と、
を備えて、前記素子配置空間に評価用ガスを供給して前記センサ素子を評価するセンサ素子評価装置であって、
前記素子配置空間のガスを前記排気口から強制的に排気して、前記素子配置空間の圧力を低下させる排気減圧手段と、
前記素子配置空間に対して前記評価用ガスを前記給気口から強制的に供給して、前記素子配置空間の圧力を上昇させる評価用ガス供給加圧手段と、
前記排気減圧手段により前記素子配置空間の圧力が低下され、その後、前記評価用ガス供給加圧手段により前記素子配置空間の圧力が上昇された後に、前記評価用ガスに対する前記センサ素子の応答状態に基づいて前記センサ素子を評価する評価判定手段と、
を備えており、
前記素子配置空間は、長尺形状に形成されるとともに、長手方向に垂直な幅方向の寸法が前記センサ素子の長手寸法よりも小さく形成されており、
前記給気口および前記排気口は、前記素子配置空間の長手方向のうち前記センサ素子の配置領域よりも先端側の領域および後端側の領域に連通するとともに、前記センサ素子を挟み込むように互いに反対側の領域に連通すること、
を特徴とするセンサ素子評価装置。
【請求項２】
前記給気口の前記素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法は、前記素子配置空間の幅方向の寸法の８０％以上であり、
前記排気口の前記素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法は、前記素子配置空間の幅方向の寸法の８０％以上であること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ素子評価装置。
【請求項３】
前記センサ素子は、ヒータを備えており、
前記センサ素子収容部のうち前記センサ素子に当接する素子当接部が、前記センサ素子のうち前記ヒータの形成領域とは異なる部位に当接すること、
を特徴とする請求項１または２に記載のセンサ素子評価装置。
【請求項４】
前記センサ素子収容部は、
前記センサ素子の電極パッド部に電気的に接続される電極端子部と、
前記電極端子部を外部から前記素子配置空間の内部に導入するための端子導入口と、
前記端子導入口の内壁面と前記電極端子部との隙間を塞ぐ閉塞部材と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ素子評価装置。
【請求項５】
前記給気口は、前記素子配置空間の長手方向のうち前記センサ素子の配置領域よりも後端側の領域に連通しており、
前記排気口は、前記素子配置空間の長手方向のうち前記センサ素子の配置領域よりも先端側の領域に連通すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ素子評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子を評価するセンサ素子評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ素子が組み込まれたセンサ完成品の評価を行うための評価装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この従来の評価装置は、センサ完成品の検知部を収容するセンサ配置空間（チャンバ）を備えており、センサ配置空間に連通する給気口（給気筒）および排気口（排気筒）を介して、センサ配置空間に評価用ガスを供給する構成である。
【０００４】
そして、従来の評価装置は、給気口から評価用ガスを供給した後、排気口からセンサ配置空間のガスを排気することで、センサ配置空間のガスを評価用ガスに入れ替える方法（加減圧方式）を採用している。
【０００５】
なお、センサ完成品は、自身の先端側にセンサ素子が内蔵される検知部を備えて構成されており、その検知部が評価装置のセンサ配置空間（チャンバ）に収容された状態で、評価作業が行われる。
【特許文献１】特開２００６−２６６７１０号公報（図１，図３など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の評価装置においては、センサ配置空間に対する評価用ガスの入れ替え時間が長くかかり、評価作業の効率が悪いという問題があった。
【０００７】
つまり、従来の評価装置では、センサ素子が組み込まれたセンサ完成品にて評価を行うため、センサ完成品を収容するチャンバの内容積が比較的大きくなり、排気口から残留ガスを排気する時間および給気口から評価用ガスを給気する時間（以下、ガスの入れ替え時間ともいう）が長くなる傾向があった。
【０００８】
また、センサ配置空間のガス入れ替えが完了しても、センサ素子内部に含まれているガス（残留ガス）の入れ替えが不十分となる場合があり、残留ガスの影響によって評価結果が不適切なものとなる可能性がある。このため、評価精度を高めるために加減圧方式を複数回行う必要が生じ、ガスの入れ替え時間を長く確保する必要があった。
【０００９】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、先端側に検知部が形成されるとともに後端側に電極パッド部が形成される長尺形状のセンサ素子を収容する素子配置空間を備えるセンサ素子収容部と、素子配置空間に連通して、評価用ガスを素子配置空間に供給する給気口と、素子配置空間に連通して、素子配置空間からガスを排気する排気口と、を備えて、素子配置空間に評価用ガスを供給してセンサ素子を評価するセンサ素子評価装置であって、素子配置空間のガスを排気口から強制的に排気して、素子配置空間の圧力を低下させる排気減圧手段と、素子配置空間に対して評価用ガスを給気口から強制的に供給して、素子配置空間の圧力を上昇させる評価用ガス供給加圧手段と、排気減圧手段により素子配置空間の圧力が低下され、その後、評価用ガス供給加圧手段により素子配置空間の圧力が上昇された後に、評価用ガスに対するセンサ素子の応答状態に基づいてセンサ素子を評価する評価判定手段と、を備えており、素子配置空間は、長尺形状に形成されるとともに、長手方向に垂直な幅方向の寸法がセンサ素子の長手寸法よりも小さく形成されており、給気口および排気口は、素子配置空間の長手方向のうちセンサ素子の配置領域よりも先端側の領域および後端側の領域に連通するとともに、センサ素子を挟み込むように互いに反対側の領域に連通すること、を特徴とするセンサ素子評価装置である。
【００１１】
このセンサ素子評価装置は、素子配置空間における長手方向に垂直な幅方向の寸法がセンサ素子の長手寸法よりも小さく形成されていることから、素子配置空間の内容積が比較的小さくなる。このように内容積が比較的小さい素子配置空間においては、内容積が大きい場合に比べてガスの入れ替え時間が短くなる。
【００１２】
さらに、本発明のセンサ素子評価装置は、センサ完成品ではなくセンサ素子に対する評価を行う構成であることから、センサ完成品の場合に比べて加減圧方式の回数を減らすことができ、従来のようなセンサ完成品に対するガス入れ替え時間に比べて、時間を短縮できる。
【００１３】
また、給気口および排気口は、素子配置空間においてセンサ素子を挟み込むように互いに反対側の領域に連通している。つまり、例えば、給気口がセンサ素子の配置領域よりも先端側の領域に連通する場合には、排気口がセンサ素子の配置領域よりも後端側の領域に連通するように配置される。あるいは、排気口がセンサ素子の配置領域よりも先端側の領域に連通する場合には、給気口がセンサ素子の配置領域よりも後端側の領域に連通するように配置される。
【００１４】
このように給気口および排気口が配置される構成であれば、給気口から供給された評価用ガスは排気口に向けて移動する際に、必ずセンサ素子の配置領域を通過するため、センサ素子に対して評価用ガスを確実に供給できる。
【００１５】
よって、本発明によれば、ガスの入れ替え時間を短縮できるとともに、センサ素子に対して評価用ガスを確実に供給できることから、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できる。
【００１６】
なお、本発明は、排気減圧手段にて素子配置空間の残留ガスを強制的に排気して素子配置空間を減圧した後、評価用ガス供給加圧手段にて素子配置空間に評価用ガスを供給して、評価判定手段によりセンサ素子を評価する構成である。つまり、本発明は、残留ガスを強制的に排気したあとに評価用ガスを供給するガス入れ替え方法を採ることから、強制的に排気することなく素子配置空間に評価用ガスを給気する場合に比べて、短時間で残留ガスを評価用ガスに入れ替えることが可能となる。さらに、このように一度減圧した後に加圧して評価用ガスを供給するガス入れ替え方法を採ることで、ガス入れ替えに要する時間を短縮できるだけでなく、評価用ガスの使用量を低減することができる。
【００１７】
また、評価判定手段による評価時の素子配置空間の圧力は、評価用ガス供給加圧手段により加圧された状態に限られず、大気圧の状態でもよく、センサ素子に対して評価用ガスが供給される条件であれば、素子配置空間の圧力の大きさは任意に設定できる。
【００１８】
次に、上述のセンサ素子評価装置においては、給気口の素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法は、素子配置空間の幅方向の寸法の８０％以上であり、排気口の素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法は、素子配置空間の幅方向の寸法の８０％以上である、という構成を採ることができる。
【００１９】
このように給気口の幅方向の寸法（詳細には、素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法）を特定することで、給気口から素子配置空間へのガス供給量を十分に確保できるため、評価用ガスの供給量が不足し難くなる。また、このように排気口の幅方向の寸法（詳細には、素子配置空間に露出する開口断面における幅方向の寸法）を特定することで、排気口におけるガス排出量を十分に確保できるため、素子配置空間から排気口へのガスの流れが滞り難くなる。
【００２０】
これにより、素子配置空間に対するガス供給およびガス排出を滞りなく速やかに行うことができ、効率よく評価用ガスの入れ替えを行うことが可能となる。
【００２１】
よって、本発明によれば、効率よく評価用ガスの入れ替えを行うことができるため、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できる。
【００２２】
次に、上述のセンサ素子評価装置においては、センサ素子は、ヒータを備えており、センサ素子収容部のうちセンサ素子に当接する素子当接部が、センサ素子のうちヒータの形成領域とは異なる部位に当接する、という構成を採ることができる。
【００２３】
つまり、センサ素子収容部のうちセンサ素子に当接する素子当接部が、センサ素子のうちヒータの形成領域に当接する場合には、ヒータから素子当接部までの距離が短くなり、ヒータで発生した熱が素子当接部を介してセンサ素子の外部に逃げやすくなるため、ヒータによるセンサ素子の加熱が不十分となる可能性がある。
【００２４】
これに対して、本発明のように、素子当接部がセンサ素子のうちヒータの形成領域とは異なる部位に当接する構成を採ることで、ヒータから素子当接部までの距離が長くなり、ヒータで発生した熱が素子当接部を介してセンサ素子の外部に逃げ難くなるため、ヒータによりセンサ素子を十分に加熱することができる。
【００２５】
よって、本発明によれば、センサ素子からヒータの熱が逃げにくくなり、短時間でセンサ素子の活性化状態を安定させることができ、センサ素子の評価に要する時間を短縮することができる。
【００２６】
なお、ヒータの形成領域は、センサ素子の検知部に対向するように、センサ素子の先端側に設けられており、素子当接部は、電極パッド部が形成されるセンサ素子の後端側に設けられていることが好ましい。これにより、ヒータと検知部との距離が短くなり、センサ素子の検出を早期に行うことができる。その上、ヒータの熱が逃げやすい素子当接部をセンサ素子の後端側に配置させてヒータとの距離を長くすることができる。
【００２７】
次に、上述のセンサ素子評価装置においては、センサ素子収容部は、センサ素子の電極パッド部に電気的に接続される電極端子部と、電極端子部を外部から素子配置空間の内部に導入するための端子導入口と、端子導入口の内壁面と電極端子部との隙間を塞ぐ閉塞部材と、を備える、という構成を採ることができる。
【００２８】
このように閉塞部材を設けることで、端子導入口を介して外部と素子配置空間との間でのガスの出入りが生じるのを抑制でき、素子配置空間の気密性を向上できる。
【００２９】
よって、本発明によれば、素子配置空間から評価用ガスが漏洩するのを抑制でき、ガスの入れ替え時間に無駄が生じるのを抑制できる。
【００３０】
次に、上述のセンサ素子評価装置においては、給気口は、素子配置空間の長手方向のうちセンサ素子の配置領域よりも後端側の領域に連通しており、排気口は、素子配置空間の長手方向のうちセンサ素子の配置領域よりも先端側の領域に連通する、という構成を採ることができる。
【００３１】
このように、センサ素子の先端側から残留ガスを強制的に排出して、センサ素子の後端側から評価ガスを供給することで、検知部の内部に測定室が形成されたセンサ素子であっても、測定室と排気口との距離が、排気口をセンサ素子の後端側の領域に配置する構成よりも近くなり、測定室内の残留ガスを十分に排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
【００３３】
実施形態として、センサ素子１５のセンサ特性評価を行うセンサ素子評価装置１について説明する。
【００３４】
図１は、センサ素子評価装置１の素子収容部材１０を上側素子収容部材１１および下側素子収容部材１３に分解した状態を示す分解斜視図であり、図２は、センサ素子評価装置１の全体構成を表した概略構成図である。なお、図２では、素子収容部材１０（上側素子収容部材１１および下側素子収容部材１３）に相当する部分については内部構造を示す断面図として表している。
【００３５】
センサ素子評価装置１は、素子配置空間４１に収容されたセンサ素子１５に対して特定ガスを含む評価用ガスを供給し、評価用ガスに対するセンサ素子１５のセンサ出力状態（センサ特性）に基づいて、センサ素子１５が正常であるか否かを評価するための装置である。
【００３６】
センサ素子評価装置１は、図２に示すように、評価対象のセンサ素子を収容する素子配置空間４１を有する素子収容部材１０と、センサ素子の評価判定を行う評価判定装置６１と、素子配置空間４１に評価用ガスを供給するための評価用ガス供給加圧装置６３と、素子配置空間４１からガスを排気するための排気減圧装置６５と、を備えて構成されている。なお、素子収容部材１０は、上側素子収容部材１１および下側素子収容部材１３を備えて構成されている。
【００３７】
図３に、下側素子収容部材１３の平面図を示し、図４に、図２におけるセンサ素子評価装置１の素子収容部材１０におけるＡ−Ａ線端面図を示す。なお、図２は、図４におけるセンサ素子評価装置１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３８】
上側素子収容部材１１は、センサ素子１５の一対のセンサ電極パッド部５３に電気的に接続される一対のセンサ電線２３を有するセンサ電極端子部２１と、センサ素子１５を保持するための上側素子当接部２５と、を備えて構成されている。
【００３９】
下側素子収容部材１３は、センサ素子１５を収容するための長尺形状の素子配置空間４１と、素子配置空間４１に連通して評価用ガスを素子配置空間４１に供給する給気口３９と、素子配置空間４１に連通して素子配置空間４１からガスを排気する排気口３７と、を備えている。また、下側素子収容部材１３は、センサ素子１５の一対のヒータ電極パッド部５５に電気的に接続される一対のヒータ電線３３を有するヒータ電極端子部３１と、センサ素子１５を保持するための２つの下側素子当接部３５と、を備えて構成されている。
【００４０】
素子配置空間４１は、長尺形状に形成されるとともに、長手方向に垂直な方向の幅寸法Ｗ１（図３参照）および高さ寸法Ｗ２（図２参照）がセンサ素子１５の長手寸法Ｌ１（図２参照）よりも小さい形状（Ｗ１＜Ｌ１，Ｗ２＜Ｌ１）に形成されている。
【００４１】
センサ素子評価装置１は、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３とが重ね合わされて、１つの上側素子当接部２５と２つの下側素子当接部３５とがセンサ素子１５に当接することで、センサ素子１５を保持するよう構成されている。なお、上側素子当接部２５および下側素子当接部３５は、センサ素子１５のうちヒータ５７が配置される先端側領域とは異なる領域に形成されている。
【００４２】
また、給気口３９は、素子配置空間４１の長手方向のうちセンサ素子１５の配置領域よりも後端側（図２では右側）の領域に連通しており、排気口３７は、素子配置空間４１の長手方向のうちセンサ素子１５の配置領域よりも先端側（図２では左側）の領域に連通している。つまり、給気口３９および排気口３７は、素子配置空間４１においてセンサ素子１５を挟み込むように互いに反対側の領域に連通する。
【００４３】
そして、給気口３９および排気口３７は、その幅寸法Ｄ１（換言すれば、直径寸法Ｄ１。図３参照。）が素子配置空間４１の幅寸法Ｗ１（図３参照）の８０％以上となるように形成されている。
【００４４】
センサ電極端子部２１は、図４に示すように、一端が素子配置空間４１に配置され、他端が上側素子収容部材１１の外表面に配置される状態で、上側素子収容部材１１の上側端子導入口２９に挿入配置されている。なお、上側端子導入口２９は、上側素子収容部材１１を貫通して素子配置空間４１に通じるように形成されている。
【００４５】
また、センサ電線２３は、センサ電極端子部２１のうち素子配置空間４１に配置される側の端部から上側素子収容部材１１の外表面に配置される端部にかけて貫通しており、一端がセンサ素子１５の一対のセンサ電極パッド部５３に電気的に接続され、他端が評価判定装置６１（図２参照）に電気的に接続されている。
【００４６】
そして、図４に示すように、センサ電極端子部２１と上側端子導入口２９との間には、隙間閉塞用の第１シール部材２４が備えられ、センサ電線２３とセンサ電極端子部２１との間には、隙間閉塞用の第２シール部材２６が備えられている。このように、第１シール部材２４および第２シール部材２６を備えることで、センサ電極端子部２１と上側端子導入口２９との間の隙間や、センサ電線２３とセンサ電極端子部２１との間の隙間を介して、素子配置空間４１と外部との間でガスの出入り（漏洩）が生じるのを抑制できる。
【００４７】
ヒータ電極端子部３１は、図４に示すように、一端が素子配置空間４１に配置され、他端が下側素子収容部材１３の外表面に配置される状態で、下側素子収容部材１３の下側端子導入口３８に挿入配置されている。なお、下側端子導入口３８は、下側素子収容部材１３を貫通して素子配置空間４１に通じるように形成されている。
【００４８】
また、ヒータ電線３３は、ヒータ電極端子部３１のうち素子配置空間４１に配置される側の端部から下側素子収容部材１３の外表面に配置される端部にかけて貫通しており、一端がセンサ素子１５の一対のヒータ電極パッド部５５に電気的に接続され、他端がヒータ電源装置（図２参照）に電気的に接続されている。
【００４９】
そして、ヒータ電極端子部３１と下側端子導入口３８との間には、隙間閉塞用の第３シール部材３４が備えられ、ヒータ電線３３とヒータ電極端子部３１との間には、隙間閉塞用の第４シール部材３６が備えられている。このように、第３シール部材３４および第４シール部材３６を備えることで、ヒータ電極端子部３１と下側端子導入口３８との間の隙間や、ヒータ電線３３とヒータ電極端子部３１との間の隙間を介して、素子配置空間４１と外部との間でガスの出入り（漏洩）が生じるのを抑制できる。
【００５０】
また、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３とを積層する際には、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３との間に図示しないパッキン部材が配置されることで、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３との間の気密性を維持している。
【００５１】
次に、図２に示すように、排気減圧装置６５は、素子配置空間４１の残留ガスを排気口３７から強制的に排気して、素子配置空間４１の圧力を低下させる。つまり、排気減圧装置６５は、素子配置空間４１に対して効率よく評価用ガスを供給するための前準備（素子配置空間４１の残留ガスの低減）を行うために備えられている。
【００５２】
そして、評価用ガス供給加圧装置６３は、素子配置空間４１に対して評価用ガスを給気口３９から強制的に供給して、素子配置空間４１の圧力を上昇させる。なお、評価用ガス供給加圧装置６３は、減圧されていない素子配置空間４１に対して評価用ガスを供給するのではなく、排気減圧装置６５により減圧された後（換言すれば、残留ガスが排出された後）の素子配置空間４１に対して評価用ガスを供給する。さらに、評価用ガス供給加圧装置６３は、素子配置空間４１の圧力を上昇させるように、評価用ガスを強制的に供給することから、短時間で多くの評価用ガスを素子配置空間４１に供給することができる。
【００５３】
評価判定装置６１は、素子配置空間４１に評価用ガスが供給された後、評価用ガスに対するセンサ素子１５の応答状態に基づいてセンサ素子１５が正常であるか否かを評価する。例えば、評価用ガスに含まれる特定ガスに応じて電流値が変化するセンサ素子１５を評価する際には、評価判定装置６１は、センサ素子１５の電流値を検出して、検出した電流値が評価用ガスに応じた適切な数値範囲に含まれるか否かを判断することで、センサ素子１５が正常であるか否かを評価する処理を行う。
【００５４】
ここで、センサ素子１５について簡単に説明する。
【００５５】
図１および図２に示すように、センサ素子１５は、先端側（図１における左側）に検知部５１が形成されるとともに後端側（図１における右側）にセンサ電極パッド部５３が形成される長尺形状のセンサ素子である。そして、検知部５１は、特定ガスの検出状態に応じて電流値が変化する感ガス体を有して構成されている。センサ電極パッド部５３は、センサ素子１５の内部で検知部５１と電気的に接続されるとともに、センサ電線２３を介して評価判定装置６１に接続されることで、評価判定装置６１と検知部５１との接続経路を構成している。
【００５６】
また、センサ素子１５は、センサ電極パッド部５３の反対側の板面における後端側にヒータ電極パッド部５５（図２参照）と、検知部５１を活性化させるためのヒータ５７と、を備えている。ヒータ電極パッド部５５は、センサ素子１５の内部でヒータ５７と電気的に接続されるとともに、電力供給用の外部機器（図示省略）に接続されることで、外部機器からヒータ５７への電力供給経路を形成する。ヒータ５７は、センサ素子１５の内部のうち検知部５１に対向するよう（換言すれば、センサ素子１５の先端側）に配置されている。
【００５７】
次に、本実施形態のセンサ素子評価装置１によるセンサ素子１５の評価手順について説明する。
【００５８】
まず、評価対象となるセンサ素子１５を下側素子収容部材１３の素子配置空間４１に配置した後、上側素子収容部材１１を下側素子収容部材１３に重ね合わせて、上側素子収容部材１１を下側素子収容部材１３に対して固定部材を用いて固定する。このとき、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３との間にゴム製シール部材（図示省略）を配置することで、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３との間の隙間を減らし、素子配置空間４１の気密性を向上させている。また、固定部材は、評価作業時における素子配置空間４１の内部圧力よりも大きい圧力（本実施形態では、３００［ｋＰａ］）に耐えられる構成で、上側素子収容部材１１と下側素子収容部材１３とを固定している。
【００５９】
次に、排気減圧装置６５により素子配置空間４１の残留ガスを排気口３７から強制的に排気して、素子配置空間４１の圧力を低下させる。
【００６０】
続いて、評価用ガス供給加圧装置６３を用いて、素子配置空間４１に対して評価用ガスを給気口３９から強制的に供給して、素子配置空間４１の圧力を上昇させる。
【００６１】
このようにして、排気減圧装置６５により残留ガスが排出された状態の素子配置空間４１に対して評価用ガスを強制的に供給することで、短時間で多くの評価用ガスを素子配置空間４１に供給することができ、ガスの入れ替え作業を効率よく実施できる。
【００６２】
そして、素子配置空間４１に評価用ガスが供給された後、評価判定装置６１が、評価用ガスに対するセンサ素子１５の応答状態を検出するとともに、検出した応答状態に基づいてセンサ素子１５が正常であるか否かを評価する。
【００６３】
この評価の結果、正常と評価されたセンサ素子１５は、センサ完成品の製造用部品として利用される合格品として扱われ、正常でないと評価されたセンサ素子１５は、不合格品として廃棄することで、センサ完成品の部品として利用されるのを回避する。このようにして、センサ完成品への組み付け後ではなく、単体のセンサ素子の段階で正常であるか否かを評価することにより、センサ完成品の完成段階でセンサ素子の不良が原因で不合格品と判定される確率を低減できる。これにより、センサ完成品の組み立て工程が無駄に実施されるのを避けることができ、センサ完成品の検査合格率を改善することが可能となる。
【００６４】
なお、センサ完成品は、例えば、特許文献１に記載のガスセンサ１００（酸素センサ１００）が一例として挙げられる。そして、このガスセンサ１００に備えられる酸素センサ素子１が本発明のセンサ素子に相当している。
【００６５】
ここで、本実施形態のセンサ素子評価装置１について、ガスの入れ替え時間について測定した測定試験（時間測定試験）の試験結果について説明する。
【００６６】
この時間測定試験では、Ｏ2 を検出するセンサ素子が装着された本実施形態のセンサ素子評価装置１で「空燃比λ＝１でのガス（１３％ＣＯ2 、Ｎ2 バランス）」を評価用ガスとして用いた場合（試験１）と、Ｏ2 を検出するセンサ素子が装着された本実施形態のセンサ素子評価装置１で「１６％のＯ2 を含むガス」を評価用ガスとして用いた場合（試験２）と、の２パターンの試験を実施した。
【００６７】
なお、時間測定試験における試験１の測定結果を図５に示し、試験２の測定結果を図６に示す。
【００６８】
試験１では、試験開始後、素子配置空間４１から残留ガスを排出する排出時間（減圧時間）を１８［ｓｅｃ］とし、その後、素子配置空間４１に評価用ガスを供給して圧力を上昇させつつ（約１４０［ｋＰａ］）、評価用ガスを流速３．０［Ｌ／ｍｉｎ］で給気口３９から排気口３７に流通させた状態（加圧排気測定）で、センサ素子の出力が「空燃比λ＝１でのガス（１３％ＣＯ2 、Ｎ2 バランス）」に対応する値に到達するまでの時間を測定した。
【００６９】
試験２では、試験開始後、素子配置空間４１から残留ガスを排出する排出時間（減圧時間）を７．５［ｓｅｃ］とし、その後、素子配置空間４１に評価用ガスを供給して圧力を上昇させた状態（約１４０［ｋＰａ］）の供給時間（加圧時間）を７．５［ｓｅｃ］とし、その後、素子配置空間４１を大気圧まで圧力を低下させて、評価用ガスを流速１．０［Ｌ／ｍｉｎ］で給気口３９から排気口３７に流通させた状態（マスフロー測定）で、センサ素子の出力が「１６％のＯ2 を含むガス」に対応する値に到達するまでの時間を測定した。
【００７０】
測定結果について説明すると、まず、図５における試験１の測定結果は、センサ出力を波形（ｃ）として、素子配置空間４１の圧力変動を波形（ｄ）として示している。図５の波形（ｃ）によれば、試験１において、試験開始からセンサ素子の出力が「空燃比λ＝１でのガス（１３％ＣＯ2 、Ｎ2 バランス）」に対応する値に到達するまでの時間は、約２８［ｓｅｃ］である。
【００７１】
次に、図６における試験２の測定結果は、センサ出力を波形ΔＩｐ（１６％のＯ2 を含むガスに対応する値からのズレ率（変動率）［％］）として、素子配置空間４１の圧力変動を波形ＰＲＥＳＳとして示している。試験２では、試験開始からセンサ素子の出力が「１６％のＯ2 を含むガス」に対応する値に到達するまでの時間は、約２８［ｓｅｃ］である。
【００７２】
これらの試験結果によれば、本実施形態のセンサ素子評価装置１は、素子配置空間４１の内部のガスを評価用ガスに入れ替えるためのガス入れ替え時間が約２８［ｓｅｃ］であり、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能であることが判る。
【００７３】
次に、素子配置空間に配置されたセンサ素子に対する評価用ガスの流通方向（給排気経路）を変化させた場合において、素子配置空間の内部のガスを評価用ガスに入れ替えるための時間（ガスの入れ替え時間）を測定した測定試験（給排気経路比較測定試験）の試験結果について説明する。
【００７４】
ここで、本測定に使用した素子収容部材の内部構造を表した模式図を図７に示す。
【００７５】
本測定に使用した素子収容部材１０１は、センサ素子１５を収容するための素子配置空間１０２を備えるとともに、３つの通気口（第１通気口１０３、第２通気口１０５、第３通気口１０７）を備えている。
【００７６】
なお、第１通気口１０３は、センサ素子１５の後端側（図７の右側）の底面側（図７の下側）に形成されており、第２通気口１０５は、センサ素子１５の先端側（図７の左側）の底面側（図７の下側）に形成されており、第３通気口１０７は、センサ素子１５の中央位置の上面側（図７の上側）に形成されている。
【００７７】
図８に、本測定における３パターンの給排気経路の概念図を表した説明図を示す。
【００７８】
まず、給排気経路１は、第１通気口１０３から給気して、第２通気口１０５から排気するパターンであり、第３通気口１０７は閉じられている。なお、給排気経路１での試験には、本実施形態のセンサ素子評価装置１を使用した。
【００７９】
次に、給排気経路２は、第２通気口１０５から給気して、第１通気口１０３から排気するパターンであり、第３通気口１０７は閉じられている。なお、給排気経路２での試験には、本実施形態のセンサ素子評価装置１において、給気口３９の接続先を排気減圧装置６５に変更し、排気口３７の接続先を評価用ガス供給加圧装置６３に変更した状態の装置を使用した。
【００８０】
さらに、給排気経路３は、第１通気口１０３および第２通気口１０５の２カ所から給気して、第３通気口１０７から排気するパターンである。なお、給排気経路３での試験には、試験用に用意した装置を使用した。
【００８１】
そして、これら３パターンの測定結果を、図５に示す。
【００８２】
図５では、測定結果としてセンサ素子の出力波形を示しており、給排気経路１での測定結果は波形（ｃ）であり、給排気経路２での測定結果は波形（ｂ）であり、給排気経路３での測定結果は波形（ａ）である。
【００８３】
図５によれば、給排気経路１での測定結果が、３パターンの中で最も短期間（約２８［ｓｅｃ］）でセンサ素子の出力が目標値（評価用ガスに対応するセンサ出力値）に到達していることが判る。
【００８４】
つまり、給排気経路１での評価用ガスの供給方法（供給経路）は、給排気経路２および給排気経路３での評価用ガスの供給方法（供給経路）に比べて、素子配置空間１０２におけるガスの入れ替えに要する所要時間が短くなる。
【００８５】
そして、本実施形態のセンサ素子評価装置１における給排気経路は、本試験における給排気経路１と同じである。
【００８６】
よって、この試験結果によれば、本実施形態のセンサ素子評価装置１を用いることで、素子配置空間に対するガスの入れ替え時間が短くなり、評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できることが明らかとなった。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態のセンサ素子評価装置１は、素子配置空間４１における長手方向に垂直な方向の幅寸法Ｗ１（図３参照）および高さ寸法Ｗ２（図２参照）がセンサ素子１５の長手寸法Ｌ１（図２参照）よりも小さく形成されている（Ｗ１＜Ｌ１，Ｗ２＜Ｌ１）ことから、素子配置空間４１の内容積が比較的小さくなる。このように内容積が比較的小さい素子配置空間４１を備えることで、センサ素子評価装置１は、内容積が大きい場合に比べてガスの入れ替え時間を短縮できる。
【００８８】
さらに、本実施形態のセンサ素子評価装置１は、センサ完成品ではなくセンサ素子１５に対する評価を行う構成であることから、センサ完成品の場合に比べて加減圧方式の回数を減らすことができ、従来のようなセンサ完成品に対するガス入れ替え時間に比べて、時間を短縮できる。
【００８９】
また、給気口３９および排気口３７は、素子配置空間４１においてセンサ素子１５を挟み込むように互いに反対側の領域に連通している。
【００９０】
このように給気口３９および排気口３７が配置される構成であることから、センサ素子評価装置１は、給気口３９から供給された評価用ガスは排気口３７に向けて移動する際に、必ずセンサ素子１５の配置領域を通過するため、センサ素子１５に対して評価用ガスを確実に供給できる。
【００９１】
また、給気口３９および排気口３７の配置構成をこのように設定することで、素子配置空間４１に対するガスの入れ替え時間が短くなり、評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できることは、上述した給排気経路比較測定試験の試験結果（図５）でも裏付けられる。
【００９２】
よって、センサ素子評価装置１によれば、ガスの入れ替え時間を短縮できるとともに、センサ素子１５に対して評価用ガスを確実に供給できることから、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できる。
【００９３】
また、本実施形態のセンサ素子評価装置１は、排気減圧装置６５にて素子配置空間４１の残留ガスを強制的に排気して素子配置空間４１を減圧した後、評価用ガス供給加圧装置６３にて素子配置空間４１に評価用ガスを供給して、評価判定装置６１によりセンサ素子１５を評価する構成である。つまり、センサ素子評価装置１は、残留ガスを強制的に排気したあとに評価用ガスを供給するガスの入れ替え方法を採ることから、強制的に排気することなく素子配置空間に評価用ガスを給気する場合に比べて、短時間で残留ガスを評価用ガスに入れ替えることが可能となる。さらに、このように一度減圧した後に加圧して評価用ガスを供給するガスの入れ替え方法を採ることで、ガスの入れ替えに要する時間を短縮できるだけでなく、評価用ガスの使用量を低減することができる。
【００９４】
次に、センサ素子評価装置１においては、給気口３９の開口断面における幅寸法Ｄ１は、素子配置空間４１の幅寸法Ｗ１および高さ寸法Ｗ２の８０％以上であり、排気口３７の開口断面における幅寸法Ｄ１は、素子配置空間４１の幅寸法Ｗ１および高さ寸法Ｗ２の８０％以上である。
【００９５】
このように給気口３９の幅寸法が特定されたセンサ素子評価装置１は、給気口３９から素子配置空間４１へのガス供給量を十分に確保できるため、評価用ガスの供給量が不足し難くなる。また、このように排気口３７の幅寸法が特定されたセンサ素子評価装置１は、排気口におけるガス排出量を十分に確保できるため、素子配置空間４１から排気口３７へのガスの流れが滞り難くなる。
【００９６】
これにより、センサ素子評価装置１は、素子配置空間４１に対するガス供給およびガス排出を滞りなく速やかに行うことができ、効率よく評価用ガスの入れ替えを行うことができるため、短時間での評価用ガスの入れ替えが可能で評価作業の作業効率が高いセンサ素子評価装置を実現できる。
【００９７】
次に、本実施形態のセンサ素子１５はヒータ５７を備えており、センサ素子評価装置１は、素子収容部材１０のうちセンサ素子１５に当接する上側素子当接部２５および下側素子当接部３５が、センサ素子１５のうちヒータ５７の形成領域とは異なる部位に当接する構成である。
【００９８】
このような構成のセンサ素子評価装置１は、ヒータ５７から上側素子当接部２５および下側素子当接部３５までの距離が長くなり、ヒータ５７で発生した熱が上側素子当接部２５および下側素子当接部３５を介してセンサ素子１５の外部に逃げ難くなるため、ヒータ５７よりセンサ素子１５を十分に加熱することができる。
【００９９】
よって、本実施形態のセンサ素子評価装置１によれば、センサ素子１５からヒータの熱が逃げにくくなり、短時間でセンサ素子１５の活性化状態を安定させることができ、センサ素子１５の評価に要する時間を短縮することができる。
【０１００】
次に、センサ素子評価装置１は、第１シール部材２４、第２シール部材２６、第３シール部材３４、第４シール部材３６を備えている。これにより、センサ電極端子部２１と上側端子導入口２９との間の隙間や、センサ電線２３とセンサ電極端子部２１との間の隙間や、ヒータ電極端子部３１と下側端子導入口３８との間の隙間や、ヒータ電線３３とヒータ電極端子部３１との間の隙間を介して、素子配置空間４１と外部との間でガスの出入り（漏洩）が生じるのを抑制できる。
【０１０１】
よって、センサ素子評価装置１によれば、素子配置空間４１の気密性を向上できるため、素子配置空間４１から評価用ガスが漏洩するのを抑制でき、ガスの入れ替え時間に無駄が生じるのを抑制できる。
【０１０２】
次に、本実施形態においては、給気口３９は、素子配置空間４１の長手方向のうちセンサ素子１５の配置領域よりも後端側の領域に連通しており、排気口３７は、素子配置空間４１の長手方向のうちセンサ素子１５の配置領域よりも先端側の領域に連通する、という構成である。
【０１０３】
このように、センサ素子１５の先端側から残留ガスを強制的に排出して、センサ素子１５の後端側から評価ガスを供給することで、検知部５１の内部に測定室が形成されたセンサ素子であっても、測定室と排気口３７との距離が、排気口３７をセンサ素子の後端側の領域に配置する構成よりも近くなり、測定室内の残留ガスを十分に排出することができる。
【０１０４】
なお、本実施形態においては、センサ素子１５のセンサ電極パッド部５３およびヒータ電極パッド部５５が特許請求の範囲における電極パッド部に相当し、素子収容部材１０がセンサ素子収容部に相当し、排気減圧装置６５が排気減圧手段に相当し、評価用ガス供給加圧装置６３が評価用ガス供給加圧手段に相当し、評価判定装置６１が評価判定手段に相当している。
【０１０５】
また、上側素子当接部２５および下側素子当接部３５が素子当接部に相当し、センサ電極端子部２１およびヒータ電極端子部３１が電極端子部に相当し、上側端子導入口２９および下側端子導入口３８が端子導入口に相当し、第１シール部材２４、第２シール部材２６、第３シール部材３４、第４シール部材３６が閉塞部材に相当している。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【０１０７】
例えば、上述した実施形態（以下、第１実施形態ともいう）では、素子配置空間を加圧した状態でセンサ素子を評価する構成について説明したが、センサ素子の評価時期における素子配置空間の条件は、加圧状態に限られるものではない。つまり、時間測定試験における試験２のように、素子配置空間を大気圧にした状態でセンサ素子を評価するようにしてもよい。
【０１０８】
また、給気口と排気口の形成位置は、上記実施形態のような構成（センサ素子よりも後端側に給気口が備えられ、センサ素子よりも先端側に排気口が備えられる構成）に限られず、図８における給排気経路２のような構成（センサ素子よりも先端側に給気口が備えられ、センサ素子よりも後端側に排気口が備えられる構成）であっても良い。
【０１０９】
さらに、給気口の幅寸法（直径寸法）および排気口の幅寸法（直径寸法）は、互いに同一値である必要はなく、異なる寸法でもよい。また、給気口および排気口の断面形状は円形状に限られることはなく、楕円や多角形などの任意の形状とすることができる。
【０１１０】
なお、上記の実施形態における素子配置空間などの寸法やガスの流速などの数値条件は、一例であり、上記の数値に限定されるものではない。
【０１１１】
そして、評価対象となるセンサ素子は、ヒータを備えるものに限られることはなく、ヒータを有しないセンサ素子を評価対象としても良い。また、評価対象となるセンサ素子は、１種類のガスに反応するものに限られることはなく、複数種類のガスに反応するものであってもよい。
【０１１２】
そして、センサ素子に備えられる電極パッド部の個数は、上記実施形態のように４個に限られることはなく、素子収容部材に備えられる電極端子部は、センサ素子の電極パッド部の個数に応じた個数の電線を備えるように構成すると良い。
【０１１３】
また、センサ素子のセンサ出力は、電流値に限られることはなく、特定ガスの検出状態に応じて変化する状態量であれば、任意の状態量（電気抵抗値、電圧値など）を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】センサ素子評価装置の素子収容部材を上側素子収容部材および下側素子収容部材に分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】センサ素子評価装置の全体構成を表した概略構成図である。
【図３】下側素子収容部材の平面図である。
【図４】図２の素子収容部材におけるＡ−Ａ線端面図である。
【図５】時間測定試験における試験１の測定結果および給排気経路比較測定試験における試験結果である。
【図６】時間測定試験における試験２の測定結果である。
【図７】給排気経路比較測定試験に使用した素子収容部材の内部構造を表した模式図である。
【図８】給排気経路比較測定試験における３パターンの給排気経路の概念図を表した説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１…センサ素子評価装置、１０…素子収容部材、１１…上側素子収容部材、１３…下側素子収容部材、１５…センサ素子、２１…センサ電極端子部、２３…センサ電線、２４…第１シール部材、２５…上側素子当接部、２６…第２シール部材、２９…上側端子導入口、３１…ヒータ電極端子部、３３…ヒータ電線、３４…第３シール部材、３５…下側素子当接部、３６…第４シール部材、３７…排気口、３８…下側端子導入口、３９…給気口、４１…素子配置空間、５１…検知部、５３…センサ電極パッド部、５５…ヒータ電極パッド部、５７…ヒータ、６１…評価判定装置、６３…評価用ガス供給加圧装置、６５…排気減圧装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図５】
2010122056.tif 000009
【図６】
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