(57)【要約】【課題】所定の温度依存性、圧力依存性を備えており、出力調整が容易なガスセンサ素子及びこれを製造する方法を提供すること。【解決手段】固体電解質体１１と、該固体電解質体１１の表面１１１に設けた被測定ガス側電極２１及び基準電極２２と、上記被測定ガス側電極２１が対面する被測定ガス室２３と、該被測定ガス室２３に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔１５０を設けた導通孔形成層１５を有する積層型のガスセンサ素子１を作製するに当たり、上記導通孔形成層１５にレーザー照射を行うことで上記導通孔１５０を形成してなる。また、上記導通孔１５０はレーザー照射により形成してなる直径１〜５０μｍの貫通穴からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けた被測定ガス側電極及び基準電極と、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室と、該被測定ガス室に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔を設けた導通孔形成層を有する積層型のガスセンサ素子を作製するに当たり、
上記導通孔形成層にレーザー照射を行うことで上記導通孔を形成してなることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記導通孔の直径は１〜５０μｍであることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、上記導通孔は複数設けてなることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、複数の上記導通孔のうち少なくとも１個の導通孔は、上記ガスセンサ素子の焼成前に形成することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記レーザー照射を行う際は、ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、該出力値に応じて導通孔の直径及び個数を定めることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記レーザー照射は、パルス発振レーザーを用いることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記レーザーの波長は３５０ｎｍ以下であることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、上記レーザー照射は、エキシマレーザーまたは第３高調波発生器（ＴＨＧ）を用いたＹＡＧレーザーを用いることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記レーザーのパルス半値幅は１ｐｓ以下であることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、上記レーザー照射は、チタンサファイアレーザーを用いることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、上記レーザー照射を行う際は、上記レーザーによる導出孔の加工進行に応じて、上記レーザーの焦点位置を変化させることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、上記導通孔形成層にレーザーを照射する照射位置を光学観測することによって導通孔形成層に対する加工を制御することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項において、上記固体電解質体の表面への上記被測定ガス室の射影は、上記被測定ガス側電極が形成されていない電極非形成領域にも存在し、該電極非形成領域における上記導通孔形成層に上記導通孔を形成することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、上記被測定ガス室における上記電極非形成領域には、上記固体電解質体を保護する保護材が配設されており、上記導通孔形成層における上記保護材の射影が形成される領域に上記導通孔を設けることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項において、上記レーザー照射を行うに当たっては、上記ガスセンサ素子の熱影響に伴う加工点の光学的変位に対応して、上記レーザーの焦点位置を調整することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項において、上記ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、照射位置を上記導通孔形成層に対して移動させながらレーザー照射して、長孔状の上記導通孔を形成し、該導通孔の長さは、上記ガスセンサ素子の出力値に応じて定めることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項において、上記導通孔の形成位置によって、上記ガスセンサ素子の識別情報を記録することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１８】
固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けた被測定ガス側電極及び基準電極と、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室と、該被測定ガス室に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔を設けた導通孔形成層を有する積層型のガスセンサ素子において、
上記導通孔はレーザー照射により形成してなる直径１〜５０μｍの貫通穴からなることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１９】
請求項１８において、上記固体電解質体の表面への上記被測定ガス室の射影は、上記被測定ガス側電極が形成されていない電極非形成領域にも存在し、該電極非形成領域における上記導通孔形成層に上記導通孔が形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２０】
請求項１９において、上記被測定ガス室における上記電極非形成領域には、上記固体電解質体を保護する保護材が配設されており、該保護材が形成された領域に上記導通孔を設けてなることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか１項において、上記導通孔形成層は、長孔状の上記導通孔を有することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２２】
請求項１８〜２１のいずれか１項において、上記導通孔の形成位置によって、上記ガスセンサ素子の識別情報が記録されていることを特徴とするガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の車両用内燃機関の排気系にＡ／Ｆセンサ等のガスセンサを設け、排気ガス中の酸素濃度等から空燃比を検出し、これを利用してエンジンの燃焼制御を行うことがある（排気ガスフィードバックシステム）。
特に三元触媒を用いて効率よく排気ガスを浄化するためには、エンジン燃焼室において空燃比が特定の値となるよう制御することが重要である。
上記排気ガスフィードバックシステムで使用するガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度変動を検出する酸素センサ、排気ガス中の大気汚染物質であるＮＯｘセンサ等が知られている。
そしてこれらガスセンサの内部にはジルコニア固体電解質体等から構成されたＡ／Ｆセンサ素子、酸素センサ素子、ＮＯｘセンサ素子等が内蔵され、ガス濃度検出を担っている。これらのガスセンサ素子の代表的な構成として、特許文献１にかかるものを例として示すことができる。
【０００３】
一般的なガスセンサ素子を図２０に示す。
すなわち、固体電解質体１１と、該固体電解質体１１の表面に設けた被測定ガス側電極２１及び基準電極２２と、上記被測定ガス側電極２１が対面する被測定ガス室とを備えている。
被測定ガス室は、固体電解質体１１に積層する絶縁層９１とスペーサ９２に設けた窓部９１０、９２０からなる。窓部９１０、９２０を塞ぐ多孔質層９３とその上に積層した緻密層９４とからなる。
被測定ガス室には素子の外部から被測定ガスが導入され、外部雰囲気と被測定ガス室との間に拡散抵抗を配置する。図２０の構成では多孔質層９３が拡散抵抗として機能する。
【０００４】
ここで被測定ガス側電極と基準電極との間に電圧を印加することで、被測定ガス側電極上において特定ガスが分解して酸素イオンが発生する。電極間に電圧が印加されていることから、酸素イオンは基準電極側へ移動して、両電極間に電流が流れる。
通常は印加電圧を大きくすれば、それに比例して電流も大きくなるが、拡散抵抗を配置したガスセンサ素子では、拡散抵抗によって外部から被測定ガスの導入が律速されるため、電圧を上げても電流が上昇しない領域が現れる。この領域における電流値を限界電流値と呼ぶが、限界電流値は被測定ガス中の特定ガス濃度に比例するため、適切な電圧を被測定ガス側電極と基準電極との間に与えた場合に発現する限界電流値を測定することで、特定ガス濃度を検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１２−０６５７８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８５７６号公報
【特許文献３】実公平７−２７３９１号公報
【特許文献４】特開２００１−１５３８３５号公報
【非特許文献１】自動車技術会学術講演会前刷集８４２０５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記排気ガスフィードバックシステムに用いるガスセンサ内蔵のガスセンサ素子に、早期活性、高検出精度が要求されている。特に検出精度に関しては、ターボシステムやディーゼルエンジンシステムのような排気ガスの温度変動や圧力変動の大きな環境で高い精度でガス濃度が検出できることを念頭においたセンサ性能が求められている。
【０００７】
ところで、ガスセンサ素子において、温度変動、圧力変動に対する検出精度の依存量は、非特許文献１に示されるように、ガスセンサ素子に被測定ガスたる排気ガスが拡散抵抗部内を拡散する際に、クヌーセン拡散が支配的か、分子拡散が支配的か等といった、拡散形態の寄与によって決定される。
拡散形態でどちらが支配的かに関する決定は拡散抵抗の細孔径にのみ依存するため、温度変動、圧力変動にはトレードオフの関係がある。
そのため、ガスセンサ素子の拡散構造によって温度変動と圧力変動に関する依存量を共に減らすことは難しく、市場の要求に応じて設計的に温度変動と圧力変動のバランス最適化が行われているにすぎない。
【０００８】
つまり、拡散抵抗の細孔径を１μｍ未満としたい場合、主として拡散抵抗を気孔率の高い多孔質層で構成することで対応し、７０μｍ以上の細孔径を得たい場合は、主としてピンホール状の導通孔で拡散抵抗を構成することで対応する。
１μｍ〜７０μｍ間の領域においては、特許文献２にかかるスリットのような構成等を利用して対応する。
または、ピンホールからなる拡散抵抗と、多孔質層からなる拡散抵抗を組み合わせることで、クヌーセン拡散と分子拡散の寄与度を調整して、検出精度が温度変動と圧力変動に対してバランスして依存するガスセンサ素子を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、スリットで調整する方法や、多孔質層とピンホールとを組み合わせる方法を利用して作製したガスセンサ素子は出力特性に製造ばらつきが生じやすかった。
出力ばらつきに関しては、調整抵抗等を用いた外部的な調整や（特許文献３参照）、ガスセンサ素子の完成後に適宜研磨等によって拡散抵抗の大きさ等を変化させる（特許文献４参照）ことで、調整することが提案されている。
しかしながら、細孔径に関してはガスセンサ素子完成後にスリット形状を操作することが困難であり、スリットを採用したガスセンサ素子について後から出力調整するのは困難である。
【００１０】
また、多孔質層とピンホールとを組み合わせた複合方式では、多孔質層を被測定ガス流れに対し、ピンホールに前置するような構成と、多孔質層の研磨等によってクヌーセン拡散と分子拡散の寄与度を調整することが可能となるが、多孔質層の拡散抵抗というひとつのパラメーターで温度依存性、圧力依存性、出力調整を全て制御することは、実質的に困難である。
以上、本発明は、所定の温度依存性、圧力依存性を備えており、出力調整が容易なガスセンサ素子及びこれを製造する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けた被測定ガス側電極及び基準電極と、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室と、該被測定ガス室に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔を設けた導通孔形成層を有する積層型のガスセンサ素子を作製するに当たり、
上記導通孔形成層にレーザー照射を行うことで上記導通孔を形成してなることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法にある（請求項１）。
【００１２】
前述したように、ガスセンサ素子の出力に対する温度依存性、出力における圧力依存性は、導通孔の径に依存する。
一般にガスセンサ素子はセラミック体からなり、セラミックの加工方法として、ダイヤモンド砥石、ドリル等の工具を用いる方法の他、アルミナ等の粉体をジェット状に導通孔を形成したい部分に吹き付けるショットブラスト法が知られている。
しかしながら、ダイヤモンド砥石は平面的な加工方法で導通孔のような孔加工には向かない。ドリルはそれ自身の強度的な問題から１００μｍ以下の径である孔を得ることが困難で、ショットブラストは気流を利用するため加工精度に問題がある。
また、ガスセンサ素子は一般にセラミックのグリーンシートを積層して得た積層体を焼結して作製するため、導通孔形成層用のグリーンシートに予め貫通孔をパンチング加工等により設けておくことも考えられるが、パンチングに用いるピンの強度を考えると１００μｍ以下の径の孔形成は困難である。
【００１３】
これらの問題点を踏まえて、第１の発明では貫通孔を形成するに当たり、レーザー照射を利用する。
レーザーを照射することで、導通孔形成層の所定の位置を溶融し、昇華して、貫通孔を形成することができる。
レーザーは集光することでエネルギー密度を高くすることができ、併せて照射位置制御を精密に行うことができる。
また形成される貫通孔はレーザーのビーム径の光学的調整及びマスクの適用によって精度良く径が定まるため、所望の圧力特性や温度特性を備えたガスセンサ素子となるような導通孔を容易に得ることができる。
【００１４】
更に、既に形成された導通孔に隣接して再びレーザー照射を行う等すれば、より径大な導通孔を得ることができる。即ち、既存の導通孔の径の変更が容易である。
また、既に形成された導通孔とは別の部分に再びレーザー照射を行う等すれば、導通孔の径を特定の値に制御しつつ任意の出力を得ることができる（ガスセンサ素子の出力が導通孔すべてにおけるガス導通断面積の総和に依存することは明白である）。
従って、所定の孔径を維持したまま出力調整を容易に実現することができる。
また、レーザー照射による加工は、レーザー発振装置により容易に実現することができる加工法であり、実現は容易である。
以上、第１の発明によれば、所定の温度依存性、圧力依存性を備えており、出力調整が容易なガスセンサ素子を製造する方法を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けた被測定ガス側電極及び基準電極と、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室と、該被測定ガス室に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔を設けた導通孔形成層を有する積層型のガスセンサ素子において、
上記導通孔はレーザー照射により形成してなる直径１〜５０μｍの貫通穴からなることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１８）。
【００１６】
第２の発明は、導通孔形成層にレーザー照射で形成した導通孔を有するガスセンサ素子であり、その直径は１〜５０μｍである。
レーザーを照射することで、導通孔形成層の所定の位置を溶融し、昇華して、貫通孔を形成することができる。
レーザーは集光することでエネルギー密度を高くすることができ、併せて照射位置制御を精密に行うことができる。
また形成される貫通孔はレーザーのビーム径の光学的調整及びマスクの適用によって精度よく径が定まるため、所望の圧力特性や温度特性を備えたガスセンサ素子となるような導通孔を容易に得ることができる。
また、レーザー照射による加工は、レーザー発振装置により容易に実現することができる加工法であり、導通孔の径の変更も容易に実現容易である。
また、直径が１〜５０μｍであることから、この導通孔による拡散抵抗は分子拡散とクヌーセン拡散の双方に依存し、従って、より径細の導通孔を設けた場合は温度依存し難く出力が得られるガスセンサ素子となり、より径大の導通孔を設けた場合は圧力依存し難く出力が得られるガスセンサ素子となり、ガスセンサ素子の使用環境に応じた素子を容易に設計することができる。
また、レーザー照射に用いる照射装置の光軸調整の観点から、１μｍ未満の径の貫通孔を形成するようレーザーを調整することが困難となるおそれがある。また、レーザーが集光することでエネルギー密度が高くなるものの、１μｍ程度の加工径の孔においてはその内部でレーザー照射によって溶融、昇華する粒子がレーザービームを遮るために加工が妨げられるおそれがある。
以上、第２の発明によれば、所定の温度依存性、圧力依存性を備えており、出力調整が容易なガスセンサ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１、第２の発明にかかるガスセンサ素子は、酸素イオン導電性の固体電解質体に被測定ガス側電極と基準電極を設け、これらの電極から構成する電気化学セルを流れる酸素イオン電流に基づいて、所定のガス濃度を測定するものである。
このようなガスセンサ素子として、被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ素子の他、特定のガスを分解して酸素イオンを生成し、この酸素イオンに基づいて特定ガスの濃度を測定するような構成のガスセンサ素子が知られている。ここでいう特定ガスは、例えばＮＯｘやＣＯ、ＨＣ等がある。
さらに、第１、第２の発明にかかるガスセンサ素子として、車両用内燃機関等の排気系に設置し、排気ガス中の酸素濃度を測定して、その測定値に基づいて内燃機関の機関室、燃焼室におけるＡ／Ｆを測定するものがある（Ａ／Ｆセンサ素子）。
【００１８】
また、上記導通孔は拡散抵抗を備えている。
すなわち、通常は印加電圧を大きくすれば、それに比例して電流も大きくなるが、拡散抵抗を配置したガスセンサ素子では、拡散抵抗によって外部から被測定ガスの導入が律速されるため、電圧を上げても電流が上昇しない領域が現れる。
この領域における電流値を限界電流値と呼ぶが、限界電流値は被測定ガス中の特定ガス濃度に比例するため、適切な電圧を被測定ガス側電極と基準電極との間に与えた場合に発現する限界電流値を測定することで、特定ガス濃度を検出することができる。
ガスセンサ素子がこのような特性を示すような貫通孔から本発明にかかる導通孔は構成されている。
【００１９】
そして、上記導通孔の直径は１〜５０μｍであることが好ましい（請求項２）。
直径が１〜５０μｍであることから、この導通孔による拡散抵抗は分子拡散とクヌーセン拡散の双方に依存し、従って、より径細の導通孔を設けた場合は温度依存し難く出力が得られるガスセンサ素子となり、より径大の導通孔を設けた場合は圧力依存し難く出力が得られるガスセンサ素子となり、ガスセンサ素子の使用環境に応じた素子を容易に設計することができる。
また、レーザー照射に用いる照射装置の光軸調整の観点から、１μｍ未満の径の貫通孔を形成するようレーザーを調整することが困難となるおそれがある。また、レーザーが集光することでエネルギー密度が高くなるものの、１μｍ程度の加工径の孔においてはその内部でレーザー照射によって溶融、昇華する粒子がレーザービームを遮るために加工が妨げられるおそれがある。更にレーザー照射においては溶融、昇華を伴う加工のため、大きな孔の加工によっては加工熱の発散が不十分となり、熱応力による素子破壊が発生することがある。そのため、５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
次に、上記導通孔は複数設けてなることが好ましい（請求項３）。
本発明にかかる製法によって、所望の径の貫通孔を導通孔形成層に設けて細孔径に依存する温度特性や圧力特性についてばらつきの小さいガスセンサ素子を得ることができ、更に導通孔を複数設けることで、所定の出力を有するガスセンサ素子を得ることができる。
すなわち、温度特性、圧力特性上、径の小さい孔が必要な場合、小径の導通孔を多数設けることによって、導通孔の開口面積を多くすることで、径の大きな導通穴を有するガスセンサ素子と同じ出力を得ることができる。
【００２１】
また、複数の上記導通孔のうち少なくとも１個の導通孔は、上記ガスセンサ素子の焼成前に形成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、焼成によって硬化する前の導通孔形成層に上記導通孔を形成することができるため、容易かつ短時間で導通孔の形成を行うことができる。
【００２２】
次に、上記レーザー照射を行う際は、ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、該出力値に応じて導通孔の直径及び個数を定めることが好ましい（請求項５）。
出力を見ながら導通孔の個数を定めることで、狙い通りの出力を有するガスセンサ素子を確実に得ることができる。
【００２３】
また、レーザー照射に用いるレーザーとしては、パルス発振レーザーが好ましい（請求項６）。その場合においてはレーザー波長は３５０ｎｍ以下であること（請求項７）、またはパルス半値幅が１ｐｓ以下であることが好ましく（請求項９）、特に次に示すものを用いることが好ましい。すなわち、エキシマレーザーまたは第３高調波発生器（ＴＨＧ）を用いたＹＡＧレーザー（請求項８）、チタンサファイアレーザー（請求項１０）である。
【００２４】
つまり、ガスセンサ素子はセラミック体よりなり、セラミックにレーザーによる加工を行う場合は、局部的な発熱によってレーザーを照射した領域を中心に亀裂が発生することがある。この問題は、パルス発振レーザーを用いて、断続的にレーザー照射を行うことで解決することができる。
この中で、発振パルス半値幅が１ｐｓ以下と短いものが、上記熱による亀裂を防止する上で好ましい。特にチタンサファイアレーザーは１００ｆｓ程度の極めて短いパルスを生成可能であるため、特に好ましい。
また、上記ほど短い発振パルスではなくとも、発振波長が紫外線であることも亀裂防止に対して有効である。紫外線のレーザーは、主として光エネルギーによってセラミックを加工するため、発熱による亀裂が生じ難い。従って、波長が３５０ｎｍ以下であるレーザーを使用することが好ましく、上記レーザーとしては、エキシマレーザーがその発振波長、出力の観点から好ましく、例えば、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等の励起２原子分子（Excited Dimer）を発振媒体として利用するものを用いることができる。上記の他に、第３高調波発生器（ＴＨＧ）を用いたＹＡＧレーザーにおいても同様の効果が得られる。
なお、エキシマレーザーは最も波長の短いものでも１９２ｎｍ（ＡｒＦ）であり、それ以下の波長を用いる場合には第２高調波発生器（ＳＨＧ）等を用いる方法、または自由電子レーザー等を用いる方法があるが、前者は一般に波長変換によってエネルギーが損なわれ、加工時間が延びる、また後者は非常に大掛かりな装置が必要となることから、いずれもコスト的に不利となるおそれがあり、よって１９２ｎｍ以上の波長からなるものを用いることが好ましい。
【００２５】
また、上記レーザー照射を行う際は、上記レーザーによる導出孔の加工進行に応じて、上記レーザーの焦点位置を変化させることが好ましい（請求項１１）。
これは、導通孔形成層は厚みを持っているため、レーザーを照射して導通孔を形成する際、最初は導通孔形成層表面に焦点を当てて照射するが、加工が進むにつれて加工位置と焦点位置とがずれることで集光ビーム径が大きくなる。そこで、焦点位置を加工の進行状況に応じて調整することで一律な孔径となる導出孔形成を実現することができる。
なお、この焦点位置の変化は、望ましくは加工の進行状況に応じてリアルタイムで連続的に焦点位置を調整することでより一層確実な導出孔形成を実現することができるが、加工の開始から導出孔の形成完了までに１回から数回行えば実用上は十分である。
【００２６】
更に、上記導通孔形成層にレーザーを照射する照射位置を光学観測することによって導通孔形成層に対する加工を制御することが好ましい（請求項１２）。
これにより、レーザー照射で、導通孔形成層以外の部分を傷めることが防止できる。
レーザー照射による導通孔加工の際は、導通孔が形成された後は速やかにレーザー照射を停止して、導通孔形成層よりも下層に位置する領域へのダメージを最小限とする必要がある。
レーザーを照射した照射位置からは、加工中の材料に応じた波長をもった光を観測することができるため、その光を観測することで、レーザー照射によってどの部分が加工されているのかを知ることができる。
一般的なガスセンサ素子の構造を鑑みると、導通孔層よりも下層は、固体電解質体等の異種材料で構成した層を備えていることが多いため、光学観測することで、導通孔形成層より下層にレーザーが達したことを知って、レーザー照射を停めることができる。
また、後述する図１のように、導通孔層の下層に被測定ガス室等の空間が存在する場合には、貫通時のレーザービームの散乱の変化に伴うレーザー発振波長での光強度変化によっても停止が可能である。
【００２７】
また、上記固体電解質体の表面への上記被測定ガス室の射影は、上記被測定ガス側電極が形成されていない電極非形成領域にも存在し、該電極非形成領域における上記導通孔形成層に上記導通孔を形成することが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記導通孔を形成する際に、レーザーが上記被測定ガス側電極を照射するおそれがない。即ち、導通孔形成層へレーザー照射を行って、導通孔が貫通した直後には、レーザーは上記電極非形成領域に照射されることとなり、被測定ガス側電極に照射されることはない。そのため、被測定ガス側電極に損傷を与えることを防ぐことができる。
【００２８】
また、上記被測定ガス室における上記電極非形成領域には、上記固体電解質体を保護する保護材が配設されており、上記導通孔形成層における上記保護材の射影が形成される領域に上記導通孔を設けることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、レーザーが固体電解質体を照射することを防ぐことができ、該固体電解質体の損傷を防ぐことができる。
【００２９】
また、上記レーザー照射を行うに当たっては、上記ガスセンサ素子の熱影響に伴う加工点の光学的変位に対応して、上記レーザーの焦点位置を調整することが好ましい（請求項１５）。
この場合には、正確な大きさの導通孔の形成を効率的に行うことができる。
即ち、ガスセンサ素子の出力を測定しつつ導通孔の形成を行う場合には、ガスセンサ素子を加熱して高温にする。このとき、ガスセンサ素子に反り等の熱変形が僅かに生じたり、ガスセンサ素子からの熱によって周辺の空気が光学的に揺らぎ、屈折作用が生じて光学的に加工点がずれる場合がある。このとき、加熱前に調整しておいた焦点位置のまま、レーザー照射すると、焦点がずれて、加工位置における集光ビーム径が大きくなってしまう。それ故、形成される導通孔の孔径が大きくなってしまうと共に、導通孔の形成に時間がかかり効率が低下するおそれがある。
そこで、上記のごとく、レーザー照射の直前にレーザーの焦点位置を調整することにより、ガスセンサ素子の熱影響があった場合にも、正確な導通孔の形成を効率的に行うことができる。
【００３０】
また、上記ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、レーザーを上記導通孔形成層に対して移動させながら照射して、長孔状の上記導通孔を形成し、該導通孔の長さは、上記ガスセンサ素子の出力値に応じて定めることもできる（請求項１６）。
この場合には、ガスセンサ素子の出力値の微調整を容易に行うことができる。
即ち、ガスセンサ素子の出力値を、導通孔の個数によって調整する場合には、個数が増えるごとに、断続的に出力値が増えることとなる。これに対し、長孔状の導通孔の長さによって調整する場合には、長さを徐々に長くすることにより、出力値が連続的に増加することとなる。そのため、出力値の微調整を容易に行うことができる。
【００３１】
また、上記導通孔の形成位置によって、上記ガスセンサ素子の識別情報を記録することができる（請求項１７）。
この場合には、導通孔に、ガスセンサ素子の出力特性等の情報を識別するための識別情報としての機能をも持たせることができる。
【００３２】
次に、上記第２の発明（請求項１８）において、上記固体電解質体の表面への上記被測定ガス室の射影は、上記被測定ガス側電極が形成されていない電極非形成領域にも存在し、該電極非形成領域における上記導通孔形成層に上記導通孔が形成されていることが好ましい（請求項１９）。
この場合には、上記被測定ガス側電極における損傷を防ぐことができる。
【００３３】
また、上記被測定ガス室における上記電極非形成領域には、上記固体電解質体を保護する保護材が配設されており、該保護材が形成された領域に上記導通孔を設けてなることが好ましい（請求項２０）。
この場合には、上記固体電解質体における損傷を防ぐことができる。
【００３４】
また、上記導通孔形成層は、長孔状の上記導通孔を有することが好ましい（請求項２１）。
この場合には、ガスセンサ素子の出力値の微調整を容易に行うことができる。
【００３５】
また、上記導通孔の形成位置によって、上記ガスセンサ素子の識別情報が記録されていてもよい（請求項２２）。
この場合には、導通孔に、ガスセンサ素子の情報を識別するための識別情報としての機能をも持たせることができる。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
本発明にかかるガスセンサ素子の製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。
即ち、固体電解質体と、該固体電解質体の表面に設けた被測定ガス側電極及び基準電極と、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室と、該被測定ガス室に外部雰囲気から被測定ガスを導入すると共に拡散抵抗を備えた導通孔を設けた導通孔形成層を有する積層型のガスセンサ素子を作製するに当たり、上記導通孔形成層にレーザー照射を行うことで上記導通孔を形成してなる。
【００３７】
以下、詳細に説明する。
本例のガスセンサ素子は、自動車エンジンの排気系に取り付けて、排気ガス中の酸素濃度からエンジンの空燃比を検出するガスセンサに内蔵する限界電流式の素子である。
図１、図２に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、発熱体１９１を設けたヒータ基板１９０からなるヒータ１９に基準ガス室用スペーサ１３、固体電解質体１１、絶縁層１４０を介して被測定ガス室用スペーサ１４、導通孔形成層１５を積層してなる。
固体電解質体１１で基準ガス室２４と対面する表面１１２には基準電極２２が、被測定ガス室２３と対面する表面１１１には被測定ガス側電極２１が設けてある。
【００３８】
被測定ガス室用スペーサ１４と絶縁層１４０は、それぞれ被測定ガス室２３形成用の窓部１４１、１４２をもっている。基準ガス室用スペーサ１３は基準ガス室２４形成用の溝部１３０をもっている。
固体電解質体１１の表面１１２には基準電極２２と導通するリード部２２１、内部端子２２２が設けてあり、該内部端子２２２はスルーホール２２４を通じてガスセンサ素子１外部に露出する端子２２５に通じている。
表面１１１には被測定ガス側電極２１と導通するリード部２１１、端子２１２が設けてある。
導通孔形成層１５には、外部雰囲気から被測定ガス室２３に向けて貫通する貫通孔が設けてあり、これが導通孔１５０である。
なお、本例にかかるガスセンサ素子１において導通孔はただひとつ設けたのみである。
また、ヒータ１９のヒータ基板１９０の表面１９６は発熱体１９１と該発熱体１９１と導通するリード部１９２が設けてあり、リード部１９２はスルーホール１９３を介して表面１９５に設けた端子１９４と導通している。
なお、本例のガスセンサ素子１で、固体電解質体１１はジルコニアセラミックで、その他はアルミナセラミックからなる。被測定ガス側電極２１（リード部２１１、端子２１２も共に）、基準電極２２（リード部２２１、内部端子２２２、端子２２５も共に）及びヒータ電極１９１、リード部１９２、端子１９４は白金からなる。
【００３９】
本例のガスセンサ素子１の製造方法について説明する。
まず、ヒータ基板１９０、基準ガス室用スペーサ１３、固体電解質体１１、絶縁層１４０、被測定ガス室用スペーサ１４、導通孔形成層となるセラミックグリーンシートを作製し、発熱部１９１や基準電極２２、被測定ガス側電極２１用の印刷部を所定の箇所に設けて、各シートを積層圧着し、未焼積層体を得る。これを所定の温度で焼成して、焼成体を得る。
この焼成体は導通孔１５０のない状態である。
【００４０】
導通孔１５０をあけるために、導通孔形成層１５に対しレーザー照射を行う。
図３に示すごとく、レーザー発信器３からレーザー３０を焼成体３９の導通孔形成層１５の表面１５１における照射位置３９１に照射する。
この時、レーザー発信器３と焼成体３９との間に、スリット３１０を設けたマスク３１と、焦点が照射位置３９１に結ばれるよう凸レンズ３２を配置するが、凸レンズ３２は可動式で、焦点を変更できる。
ここでレーザー発信器３９１はエキシマレーザー（波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザーを使用）で、発振するレーザー光は、出力５Ｗ、パルス発振の周期周波数は１００Ｈｚである。また、スリット３１０の幅は１５０μｍで、凸レンズ３２は倍率３０倍である。
なお、エキシマレーザー以外であっても、第３高調波発生器（ＴＨＧ）を用いたＹＡＧレーザー、チタンサファイアレーザーのいずれを用いてもほぼ同様の効果を得ることが出来るが、以下では代表的にエキシマレーザーの例を説明する。
【００４１】
導通孔１５０を形成する手順としては、レーザー発信器３からレーザー３０をマスク３１、凸レンズ３２を介して照射位置３９１にレーザー３０を当てる。レーザーはマスク３１で絞られ、凸レンズ３２で収束される。
レーザー３０が照射位置３９１に当たると、この部分の物質が溶融、昇華して、くぼみが形成される。このくぼみの深さはレーザーの照射時間に略比例するため、照射時間に応じて凸レンズ３２の位置を徐々に導通孔形成層１５に近づけて、凸レンズ３２の焦点を表面１５１からくぼみの底部に移動させる。レーザー照射のエネルギーは凸レンズ３２の焦点において最大となるため、レーザー３０のエネルギーを無駄なく利用することができる。
そして、くぼみの深さが導通孔形成層１５の厚みと等しくなり、貫通孔となったときにレーザー照射を停止する。これにより導通孔形成層１５に導通孔１５０を形成して、ガスセンサ素子１を得た。
【００４２】
ここで形成された導通孔１５０は、直径が５μｍで、出力における温度依存性はおよそ０．０５％／℃である。また、圧力依存性はおよそ０．１５％／ｋＰａである。なお、導通孔１５０の直径を３０μｍとすることで、上記出力における温度依存性をおよそ０．２％／℃、圧力依存性をおよそ０．０５％／ｋＰａとすることができる。
このように、例えば温度変動が少ない環境においては導通孔の直径を大きくすることで圧力依存性を小さくするといった使用を行うことができる。
なお、本例にかかるレーザー照射にて導通孔１５０の直径の精度は光軸の調整の精度に依存するものの、容易に±１０％以下（導通孔直径値に対する）の精度を得ることができる。
【００４３】
このように、本例にかかる製造方法では導通孔１５０を形成するに当たり、レーザー照射を利用する。
レーザーを照射することで、導通孔形成層１５の所定の位置を溶融し、昇華して、貫通孔を形成することができる。
レーザーは集光することでエネルギー密度を高くすることができ、併せて照射位置制御を精密に行うことができる。
また形成される貫通孔はレーザーのビーム径の光学的調整及びマスクの適用によって精度よく径が定まるため、所望の圧力特性や温度特性を備えたガスセンサ素子１となるような、導通孔１５０を容易に得ることができる。
【００４４】
そして、本例にかかるガスセンサ素子１は、上記に示したごとき精密に加工された導通孔１５０によって拡散抵抗を得ることができ、従って所定の温度依存性、圧力依存性を有するガスセンサ素子となる。
また、レーザー照射による加工は、レーザー発振器３により容易に実現することができる加工法であり、実現容易である。
また、ここで利用したレーザー発振器３は発振波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザーであり、出力は５Ｗ、パルス発振の周波数を１００Ｈｚとしたが、第３高調波発生器（ＴＨＧ）を用いたＹＡＧレーザー、チタンサファイアレーザーのいずれを用いてもよい。
従って、局部的な発熱によってレーザーを照射した領域を中心に亀裂が発生し難く、精密な導通孔１５０を得ることができる。
このように本例によれば、所定の温度依存性、圧力依存性を備えており、出力調整が容易なガスセンサ素子及びこれを製造する方法を得ることができる。
【００４５】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、凸レンズ３２と凹レンズ３３を介してレーザーを導通孔形成層１５に照射する方法について説明するものである。
すなわち、レーザー発振器３と焼成体３９との間に凸レンズ３２と凹レンズ３３とを、凸レンズ３２の焦点が凹レンズの表面３３０に位置するように配置する。
レーザー発振器３から発振されたレーザー３０は凸レンズ３２にて収束し、凹レンズ３３表面近傍で焦点を結ぶ。凹レンズ３３に入射したレーザーは入射時のビーム径の平行ビームとなって凹レンズ３３を出射して、導通孔形成層１５の表面１５１における照射位置３９１に照射される。そのため、凸レンズ３２と凹レンズ３３を調整することでレーザー発振器３出射時より細い任意の径の平行ビームを得ることができる。
その他詳細は実施例１と同様である。
【００４６】
本例にかかる方法を利用した場合、レーザービーム径の調整にマスク等によってレーザー光を遮る必要がないため、レーザーの出力を高めることができ、よって導通孔形成に要する時間を短くすることができる。また、実施例１に比べてビームがより平行であるため、孔径分布の少ない理想的な直通孔を得ることができる。
その他実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施例３）
本例は、実施例１と同様の導通孔を備えたガスセンサ素子を作製するに当たり、導通孔形成層１５にレーザー３０を照射する照射位置３９１を光学観測することによって導通孔形成層１５に対する加工を制御する。
【００４８】
以下、詳細に説明する。
図５に示すごとき、光学観測装置４を準備する。
即ち、光学観測装置４は、照射位置３９１から発せられる光を可視〜紫外光域分光器４２に導く光ファイバ４１と、可視〜紫外光域分光器４２に後置された光電変換器４３、該光電変換器４３に更に後置されたＡ／Ｄ変換器レコーダーコントローラー４４を有し、また光学観測装置４はレーザー発振器の出力制御系（図示略）に信号を送信できるよう構成されている。そして光ファイバ４１の先端４１０は照射位置３９１の近くに、該照射位置３９１から発する光を捉えるよう配置する。
なお、可視〜紫外光域分光器４２として、波長分解能等の厳密な精度を要求せずともよい場合は、光学フィルタで置き換えることもできる。また、光電変換器４３としては、フォトダイオードや光電子増倍管を用いることもできる。
【００４９】
このような光学観測装置４を設置した後、照射位置３９１にレーザー３０を照射して加工を開始する。
加工開始と同時に照射位置３９１において導通孔形成層１５を構成するアルミナセラミック（実施例１参照）が溶融、昇華して、アルミニウム固有の発光波長（３９４〜３９７ｎｍ）を含む光が発せられる。この光は光ファイバ４１を通じて可視光域分光器４２に導入され、ここで波長成分が分析される。そして、上記アルミニウムの発光波長を確認することができる。分析された光は光電変換器４３、Ａ／Ｄ変換器レコーダーコントローラー４４を通じて電気信号に変換される。そうして、アルミニウム発光波長の出力強度を電気信号の強度として確認し、加工開始時の出力強度として記録する。
その後、加工継続時のアルミニウム発光波長の出力信号をモニタし、アルミニウム発光波長の出力強度が所定値以上である場合は、レーザー出力制御系にレーザーを照射し続けるように指示する。
【００５０】
ところで、図５や実施例１の構成から明らかであるが、導通孔１５０は被測定ガス室２３と素子の外部とを結ぶ貫通孔であり、導通孔１５０の下方には被測定ガス側電極２１がある。また、図５には図示しなかったが、導通孔１５０を設ける位置によっては、固体電解質体１１が導通孔１５０の下方に位置する可能性もある。
被測定ガス電極２１は実施例１に記載したように白金からなり、固体電解質体１１はジルコニアセラミックからなる。
【００５１】
従って、仮に導通孔１５０の形成が完了して、レーザーが固体電界質体１１や被測定ガス側電極２１に当たった場合は、アルミニウムの発光波長は観測されず、ジルコニアや白金の発光波長が観測されることになる。
つまり、上記光学観測装置４において、アルミニウム発光波長の出力信号がある程度小さくなった場合は、レーザーが導通孔１５０を形成し終えて、導通孔１５０を通じて、その下方に相当する位置に照射されているとみなすことができる。
従って、光学観測装置４においてアルミニウム発光波長の出力信号が、初期の出力信号の値の例えば１０％以下（この値は任意に変更することができる。また値は、実際に焼成体にレーザー照射を行った結果から適切な値を決定すればよい。）に減衰した場合に、レーザー照射を停止するようにレーザー出力の制御系に指示を出してやる。
そうしてレーザー照射を停止して、導通孔１５０形成完了とする。
このような方法を利用してレーザー照射を行うことで、ガスセンサ素子における導通孔形成層１５以外の部分をレーザーで傷めることが防止できる。
【００５２】
なお、可視光域分光器４２において、アルミニウムの発光波長以外に、ジルコンの発光波長や白金の発光波長を観測することで、より精度の高いレーザー照射停止条件を得ることができる。なぜなら、ジルコンの発光波長が観測された場合は、レーザーが固体電解質体１１に達した証拠であり、白金の発光波長が観測された場合はレーザーが被測定ガス電極２１に達した証拠である。
その他にも、図１のように、導通孔層の下層に被測定ガス室等の空間が存在する場合には、貫通時のレーザービームの散乱の変化によるレーザー発振波長における光強度変化を観測することで加工停止を行うことも可能である。
【００５３】
（実施例４）
本例は、実施例１と同様の導通孔を備えたガスセンサ素子を作製するに当たり、レーザー照射を行う際は、ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、該出力値に応じて導通孔の直径及び個数を定める。
【００５４】
以下詳細に説明する。
図６に示すごとき、検出回路５を準備する。
即ち、検出回路５は、導出孔形成後はガスセンサ素子となる焼成体３９（実施例１参照）の端子２１２、端子２２５にそれぞれ接続する端子５１１、５１２と、該端子５１２の側に接続された電源５２、該電源５２と端子５１１との間に接続する抵抗器５３、そして抵抗器５３を介した状態での、端子５１１と電源５２との間の降下電圧を測定する測定端子５４１、５４２からなる。
本例は、電源５２は直流電源０．４〜０．８Ｖ、抵抗器５３は１００Ωのものを使用した。なお、ガスセンサ素子となる焼成体３９にかかる電圧は直流電源５２より発せられる電圧から抵抗器５３での電圧降下を差し引いたものとなるが、前述の限界電流域にて電流測定を行っているためにガスセンサ素子となる焼成体３９にかかる電圧が多少変動しても電流出力はほとんど変化せず、安定した電流出力値を得ることができる。
【００５５】
検出回路５を導通孔１５０を形成すべき焼成体３９に接続する。
次いで、焼成体３９のヒータ（実施例１参照）に通電し、素子温度を７５０℃まで加熱、その後温度を維持するようにヒータへの通電電力を調整する。
この状態で焼成体３９にある素子の出力を測定し、この値を初期出力値とする。
ここで、素子の出力は検出回路５において、端子５４１と端子５４２との間の降下電圧から電流値（＝降下電圧値／抵抗器の電気抵抗値）を求め、この電流値を素子の出力電流値とみなす。
そして、素子については上記温度状態を保持したままで、レーザーを照射位置３９１に照射して加工を開始する。
加工の継続中は連続的に出力を測定し続け、出力が所定の値となった状態でレーザー照射を停止し、加工を終了する。
その後、導通孔が形成されたガスセンサ素子に対するヒータ通電をやめて、素子を検出回路から外して完成品とする。
この時、ひとつの導通孔で所定の出力が得られなかった場合は、導通孔を複数個設けることもできる。また、導通孔の径を変更することもできる。
なお導通孔の径を変更する場合は、マスクの径またはレンズ位置を変化させることによってレーザー照射を調整すればよい。
また、レーザー照射を一旦とめて、雰囲気が安定した後に加工途中の焼成体の出力を測定することもできる。出力を測定した後はレーザー照射を再開して加工を継続するのである。
【００５６】
以上、本例にかかる製法によれば、出力を見ながら導通孔の直径や個数を定めることで、狙い通りの出力を有するガスセンサ素子を確実に得ることができる。
【００５７】
（実施例５）
本例は、実施例１と異なる構成のガスセンサ素子について例示する。
図７は、導通孔１５０を複数備えたガスセンサ素子１である。
その他詳細な構成は実施例１と同様である。
【００５８】
図８は、２セルタイプのガスセンサ素子１である。
すなわち、ヒータ１９に基準ガス室形成用スペーサ１２、固体電解質体１１、絶縁層２５１、被測定ガス室形成用スペーサ２５２に、固体電解質体として機能する導通孔形成層２６が設けてあり、導通孔形成層２６は素子の外部と対面するようポンプ電極２６１が、被測定ガス室２３と対面するようポンプ電極２６２が設けてある。ポンプ電極２６１、２６２を貫通するように、被測定ガス室２３に被測定ガスを導入する導通孔２６０が設けてある。そして、導通孔形成層２６はジルコニアからなり、ポンプ電極２６１、２６２は白金からなる。
その他詳細な構成は実施例１と同様である。
【００５９】
また、この構成にかかるガスセンサ素子１に、実施例３に記載した光学観測を伴うレーザー照射を利用して導通孔２６０を設ける場合は、アルミニウム発光波長の観測でレーザー照射の制御をすることができない。従って、ジルコンの発光強度を観測するか、ポンプ電極２６１による白金発光波長を観測した後、これが一旦停止し、２度目のポンプ電極２６２による白金発光波長が観測できたら、レーザー照射を停止するという発光状態の変化を観測することで対応できる。
勿論、前述の貫通時のレーザービームの散乱の変化を検出する方法でもレーザー照射の制御は可能である。
【００６０】
図９は、実施例１にかかるガスセンサ素子１において、導通孔形成層１５に導通孔１５０を設けた後に、導通孔形成層１５の表面１５１にアルミナディップを用いてアルミナスラリーを塗布し（ここで導通孔１５０の開口部１５８はアルミナスラリーの表面張力でふさがってしまう）、その後焼結して、拡散抵抗をもたない気孔率の高い多孔質層１５５を設けたものである。ここで多孔質層１５５の膜厚は２０〜８０μｍ程度、またアルミナディップが含有するアルミナ粒の粒径は５〜５０μｍ程度である。
このような多孔質層１５５を設けることで、センサの耐被毒性を向上し、排気ガスに含まれる有害成分がセンサ内部に侵入し、電極に付着することによるセンサ機能劣化を防止することができる。
また、その他詳細な構成は実施例１と同様である。
【００６１】
図１０は、ガスセンサ素子側面に導通孔１５０を設けた構成である。
すなわち、固体電解質体１１に絶縁層１４０を積層し、その上に被測定ガス室用スペーサを兼用した導通孔形成層１５を、更にその上に遮蔽層１６を設ける。
導通孔形成層１５には被測定ガス室となる窓部１５３が設けてあり、該窓部１５３に通じるように、側面から貫通する導通孔１５０を設けてある。
また、その他詳細な構成は実施例１と同様である。
【００６２】
（実施例６）
本例は、図１１に示すごとく、導通孔１５０を複数個形成するにあたり、該複数の導通孔１５０のうち少なくとも１個の導通孔１５０を、ガスセンサ素子１の焼成前に形成する例である。
【００６３】
即ち、まず、固体電解質体１１、導通孔形成層１５等（図２参照）を形成するためのグリーンシートを成形する（ステップＳ１）。
次いで、導通孔形成層１５形成用のグリーンシートに、レーザー照射によって導通孔１５０を形成する（ステップＳ２）。このとき、最終的に得ようとするガスセンサ素子１の出力値に対応する導通孔１５０の数よりも少ない数の導通孔１５０を形成する。
次いで、グリーンシートを積層する（ステップＳ３）。
【００６４】
次いで、グリーンシートを切断した後、焼成する（ステップＳ４、Ｓ５）。
次いで、ガスセンサ素子１の出力値を測定しながら、所望の出力値になるように、導通孔形成層１５に、レーザー照射により、更なる導通孔１５０を形成する（ステップＳ６）。
即ち、導通孔１５０の形成は、グリーシートの状態である上記ステップＳ２において行うと共に、焼成後の状態である上記ステップＳ６においても行う。
【００６５】
なお、焼成前に行う導通孔１５０の形成は、グリーンシートの積層（ステップＳ３）後のステップＳ３−２において行うこともできる。また、上記ステップＳ２とステップＳ３−２の双方において行うこともできる。ただし、ステップＳ３−２において導通孔１５０を形成するに当っては、焼成前の固体電解質体１１のグリーンシートにレーザーが照射されることによる損傷を防ぐ必要がある。そこで、この場合、被測定ガス室２３となる空間に有機物の保護材を充填しておく。そして、この有機物の保護材は、焼成工程において消失する。
【００６６】
また、ガスセンサ素子１の出力調整用の導通孔１５０の形成（ステップＳ６）は、ガスセンサ素子１の出力値を測定しながら行う代わりに、孔あけ前に予め出力値を測定しておいてから行うこともできる。
また、出力調整用の導通孔１５０の形成方法の詳細は、実施例４と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
【００６７】
本例の場合には、焼成によって硬化する前の導通孔形成層１５に上記導通孔１５０を形成することができるため、容易かつ短時間で導通孔１５０の形成を行うことができる。
そして、焼成後において、ガスセンサ素子１の出力値を調整するために、導通孔１５０を形成するため、所望の出力特性を正確に得ることができる。
従って、所望の出力特性を正確に得ることができるガスセンサ素子１を容易に得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６８】
（実施例７）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、固体電解質体１１の表面への被測定ガス室２３の射影は、被測定ガス側電極２１が形成されていない電極非形成領域１０１にも存在し、該電極非形成領域１０１における導通孔形成層１５に導通孔１５０を形成する例である。
例えば、図１２に示すごとく、被測定ガス側電極２１の先端側に上記電極非形成領域１０１を形成したり、図１３に示すごとく、環状に設けた被測定ガス側電極２１の内側に上記電極非形成領域１０１を形成したりすることができる。
また、本例においては、上記導通孔１５０を複数個設けている。
その他は、実施例１と同様である。
【００６９】
本例の場合には、上記導通孔１５０を形成する際に、レーザーが上記被測定ガス側電極２１に照射されるおそれがない。即ち、導通孔形成層１５へレーザー照射を行って、導通孔１５０が貫通した直後には、レーザーは上記電極非形成領域１０１に照射されることとなり、被測定ガス側電極２１に照射されることはない。そのため、被測定ガス側電極２１に損傷を与えることを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７０】
（実施例８）
本例は、図１４に示すごとく、被測定ガス室２３における電極非形成領域１０１には、固体電解質体１１を保護する保護材１０２が配設されており、導通孔形成層１５における保護材１０２の射影が形成される領域に導通孔１５０を設ける例である。
上記保護材１０２としては、例えばアルミナの多孔質体からなるものを用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００７１】
本例の場合には、レーザーが固体電解質体１１を照射することを防ぐことができ、該固体電解質体１１の損傷を防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７２】
（請求項９）
本例は、図１５、図１６に示すごとく、レーザー照射を行うに当たっては、ガスセンサ素子１の熱変形に伴う加工点の変位に対応して、レーザー３０の焦点位置を調整する例である。
即ち、図１５に示すごとく、導通孔形成層１５の表面にフォーカス用のパターン１５２を形成しておく。また、ガスセンサ素子１の出力を測定しつつ導通孔の形成を行うにあたっては、図１６に示すごとく、ガスセンサ素子１の基端を、加熱用回路及びＡ／Ｆ制御回路に接続された把持治具６１に固定する。そして、ガスセンサ素子１に積層されたヒータ１９（図１、図２参照）に通電することにより、ガスセンサ素子１を加熱して高温にする。このとき、ガスセンサ素子１に反り等の熱変形が僅かに生ずる場合がある。その他にも、ガスセンサ素子１からの熱によって周辺の空気が光学的に揺らぎ、屈折作用が生じて光学的に加工点がずれる場合がある。
【００７３】
そこで、この熱変形が完了した時点において、レーザー３０の焦点位置を、上記パターン１５２を利用して調整する。
そして、焦点位置を調整した状態で、レーザー照射を行い、導通孔１５０を形成する。
その他は、実施例１と同様である。
【００７４】
この場合には、正確な大きさの導通孔１５０の形成を効率的に行うことができる。
即ち、ガスセンサ素子１の出力を測定しつつ導通孔１５０の形成を行う場合には、ガスセンサ素子１を加熱して高温にする。このとき、ガスセンサ素子１に反り等の熱変形が僅かに生ずる場合がある。即ち、ジルコニアセラミックからなる固体電解質体１１と、アルミナセラミックからなる他の層との間の熱膨張率の差に起因して、反り等が僅かに発生する場合や、ガスセンサ素子１からの熱によって周辺の空気が光学的に揺らぎ、屈折作用が生じて光学的に加工点がずれる場合がある。
【００７５】
このとき、加熱前に調整しておいた焦点位置のままレーザー照射すると、焦点がずれて、加工位置における集光ビーム径が大きくなってしまう。それ故、形成される導通孔１５０の孔径が大きくなってしまうと共に、導通孔１５０の形成に時間がかかり効率が低下するおそれがある。
そこで、上記のごとく、レーザー照射の直前にレーザー３０の焦点位置を調整することにより、ガスセンサ素子１の熱変形があった場合にも、正確な導通孔１５０の形成を効率的に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７６】
（実施例１０）
本例は、図１７、図１８に示すごとく、ガスセンサ素子１の出力値を測定しつつ、レーザー３０を導通孔形成層１５に対して移動させながら照射して、長孔状の導通孔１５３を形成する例である。
そして、該導通孔１５３の長さは、ガスセンサ素子１の出力値に応じて定める。
即ち、例えば、図１７に示すごとく、点状の導通孔１５０を５個形成した後、ガスセンサ素子１の出力値を測定しつつ、長孔状の導通孔１５３を形成し、その長さを徐々に長くしていく。これにより、図１８の曲線Ｌ１に示すごとく、ガスセンサ素子１の出力値は徐々に増加する。
【００７７】
ガスセンサ素子１は、大気中において、その出力値を測定するため、大気中における酸素濃度に対する出力値が測定されることとなる。そこで、この測定値が、大気における酸素濃度に対する出力値として所望の出力値となったとき、上記導通孔１５０の長さの拡張を終える。
なお、出力を調整しながらの導通孔１５０の形成方法の詳細は、実施例４に準ずる。
その他は、実施例１と同様である。
【００７８】
本例の場合には、ガスセンサ素子１の出力値の微調整を容易に行うことができる。
即ち、ガスセンサ素子１の出力値を、導通孔１５０の個数によって調整する場合には、図１８の曲線Ｌ２に示すごとく、個数が増えるごとに（孔あけ時間の経過に伴い）、断続的に出力値が増えることとなる。これに対し、長孔状の導通孔１５０の長さによって調整する場合には、図１８の曲線Ｌ１に示すごとく、長さを徐々に長くすることにより（孔あけ時間の経過に伴い）、出力値が連続的に増加することとなる。そのため、出力値の微調整を容易に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７９】
（実施例１１）
本例は、図１９に示すごとく、導通孔１５０の形成位置によって、ガスセンサ素子１の識別情報を記録する例である。
即ち、図１９に示すごとく、導通孔１５０の形成位置として、５行×５列の座標を予め用意しておく。そして、この座標における、どの位置に導通孔１５０を形成したかにより、識別することができるようにしている。例えば、図１９に示すガスセンサ素子１においては、導通孔１５０は、点（１，１）、（２，３）、（３，４）、（４，１）、（５，２）に形成されている。この場合の識別番号を「３４１２」とする。なお、ここで、点（１，１）は基準点として用いている。そして、この識別番号に基づき、当該ガスセンサ素子１の各種特性等を識別できるようにしている。なお、本実施例では５行×５列を例としたが、加工部の大きさと孔の位置精度に応じて得られる領域に基づき、５行×５列よりも十分に多い識別番号を設けることもできる。
その他は、実施例１と同様である。
【００８０】
本例の場合には、導通孔１５０に、ガスセンサ素子１の出力特性等の情報を識別するための識別情報としての機能をも持たせることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１にかかるガスセンサ素子の断面説明図。
【図２】実施例１にかかるガスセンサ素子の斜視展開図。
【図３】実施例１にかかるスリットと凸レンズを経由してレーザーを照射してなるガスセンサ素子の導通孔の形成方法を示す説明図。
【図４】実施例２にかかる凸レンズと凹レンズとを経由してレーザーを照射してなるガスセンサ素子の導通孔の形成方法を示す説明図。
【図５】実施例３にかかる照射位置を光学観測することによって導通孔形成層に対する加工を制御する方法を示す説明図。
【図６】実施例４にかかるガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、該出力値に応じて導通孔の直径及び個数を定めて加工する方法を示す説明図。
【図７】実施例５にかかる導通孔を複数持つガスセンサ素子の断面説明図。
【図８】実施例５にかかる２セルタイプのガスセンサ素子の断面説明図。
【図９】実施例５にかかる導通孔形成層の表面が多孔質層で覆われたガスセンサ素子の断面説明図。
【図１０】実施例５にかかる導通孔が側面に設けてあるガスセンサ素子の斜視展開図。
【図１１】実施例６にかかるガスセンサ素子の製造方法のフロー図。
【図１２】実施例７にかかるガスセンサ素子の被測定ガス側電極付近の説明図。
【図１３】実施例７にかかるガスセンサ素子の環状に形成した被測定ガス側電極付近の説明図。
【図１４】実施例８にかかるガスセンサ素子の被測定ガス側電極付近の断面説明図。
【図１５】実施例９にかかるガスセンサ素子の被測定ガス側電極付近の説明図。
【図１６】実施例９にかかるガスセンサ素子の導通孔の形成方法の説明図。
【図１７】実施例１０にかかるガスセンサ素子の被測定ガス側電極付近の説明図。
【図１８】実施例１０にかかる孔あけに伴うガスセンサ素子の出力変化を示すフロー図。
【図１９】実施例１１にかかるガスセンサ素子の被測定ガス側電極付近の説明図。
【図２０】従来のガスセンサ素子の斜視展開図。
【符号の説明】
【００８２】
１  ガスセンサ素子
１１  固体電解質体
１５  導通孔形成層
１５０  導通孔
２１  被測定ガス側電極
２２  基準電極
２３  被測定ガス室
【図１】
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【図２】
2006010673.tif 000004
【図３】
2006010673.tif 000005
【図４】
2006010673.tif 000006
【図５】
2006010673.tif 000007
【図６】
2006010673.tif 000008
【図７】
2006010673.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006010673.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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