(57)【要約】      （修正有）【課題】スルーホール導体を確実かつ容易に形成できるガスセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】グリーンシート１０１ｘ、又はグリーンシート１０１ｘと他部材との積層体にスルーホール１０１ａを形成した後、スルーホール１０１ａの内壁にスルーホール導体を形成するガスセンサ素子の製造方法であり、グリーンシート１０１ｘ又は積層体の両面に導体部１０２ｘ、１２０ｘを形成する導体部形成工程と、導体部を含むようにスルーホール１０１ａを形成するスルーホール形成工程と、導体ペースト１０１ｓを、グリーンシート１０１ｘ又は積層体の一方の面側のスルーホール１０１ａから供給する導体ペースト供給工程と、導体ペースト１０１ｓをスルーホール１０１ａの内壁からグリーンシート１０１ｘ又は積層体の他の面側の導体部から突出させる導体供給工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製のグリーンシート、又は該グリーンシートと他部材との積層体にスルーホールを形成した後、前記スルーホールの内壁にスルーホール導体を形成するガスセンサ素子の製造方法であって、
前記グリーンシート又は前記積層体の両面にそれぞれ所定の導体部を形成する導体部形成工程と、
前記導体部をそれぞれ含むように前記スルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
前記スルーホール導体の材料となる導体ペーストを、前記グリーンシート又は前記積層体の一方の面側の前記スルーホールから供給する導体ペースト供給工程と、
前記スルーホールを挟んで前記導体ペーストと反対側を負圧状態とする事で、該導体ペーストを前記スルーホールの前記内壁から前記グリーンシート又は前記積層体の他の面側の前記導体部から突出させる導体供給工程と、
を有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２】
前記導体ペースト供給工程と、前記導体供給工程とが重複することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ素子の製造方法。
【請求項３】
前記導体ペースト供給工程の開始よりも前に、前記スルーホールを挟んで前記導体部と反対側を負圧状態とする工程をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは、自身の内部にガスセンサ素子を有している。このガスセンサ素子として、固体電解質体のシートと該固体電解質体に配置された一対の電極とを有するセル、該セルと積層される絶縁シート、及びヒータ等を備えた板状素子が用いられている。
そして、板状素子の内部の電極やヒータを外部装置と電気的に接続するため、これら電極やヒータが形成されたシートと、このシートに積層される他のシートにスルーホールを設け、このスルーホールの内壁に導体ペーストを印刷することが一般に行われている。
【０００３】
ところで、図４に示すように、シート５００に設けたスルーホール５００ｈの角部５００ｐでは、導体ペースト６００の厚みが薄くなり、断線するおそれがある。そこで、従来から導体ペースト６００を２回塗りすることが行われている。また、角部５００ｐを囲むシート５００の表裏面に環状凸部を形成させて角部５００ｐに導体ペースト６００が厚く乗るようにさせた技術が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８３６３３号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スルーホールに導体ペーストを２回塗りすると、生産性やコストが劣ると共に、スルーホール内に導体ペーストが詰まり、導体ペーストの供給側と反対面の角部が十分に導体ペーストで覆れない場合がある。
また、特許文献１記載の技術の場合、シートに環状凸部を形成させる余分な工程が必要となり、生産性の低下やコストアップを招く。
そこで、本発明は、スルーホール導体を確実かつ容易に形成できるガスセンサ素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子の製造方法は、セラミック製のグリーンシート、又は該グリーンシートと他部材との積層体にスルーホールを形成した後、前記スルーホールの内壁にスルーホール導体を形成するガスセンサ素子の製造方法であって、前記グリーンシート又は前記積層体の両面にそれぞれ所定の導体部を形成する導体部形成工程と、前記導体部をそれぞれ含むように前記スルーホールを形成するスルーホール形成工程と、前記スルーホール導体の材料となる導体ペーストを、前記グリーンシート又は前記積層体の一方の面側の前記スルーホールから供給する導体ペースト供給工程と、前記スルーホールを挟んで前記導体ペーストと反対側を負圧状態とする事で、該導体ペーストを前記スルーホールの前記内壁から前記グリーンシート又は前記積層体の他の面側の前記導体部から突出させる導体供給工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このガスセンサ素子の製造方法によれば、一方の面側のスルーホールの角部では、導体ペーストの厚みが薄くなっているが、角部に予め導体部が形成されている。このため、導体ペーストの厚みが薄い分を導体部が補い、角部における導体ペースト、ひいてはスルーホール導体の断線を抑制し、導通を確実にすることができる。
一方、反対面側のスルーホールの角部では、負圧により導体ペーストが導体部の表面から負圧で吸い出されて突出し、突出部を形成するため、角部でも導体ペースト１０１ｓの厚みが薄くならない。その結果、角部における導体ペースト、ひいてはスルーホール導体の断線を抑制し、導通を確実にすることができる。
【０００８】
前記導体ペースト供給工程と、前記導体供給工程とが重複してもよい。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、導体ペースト供給工程と導体供給工程とが重複する、つまりスルーホールに導体ペーストを供給している途中から、スルーホールの反対面側を負圧にするので、導体ペーストを負圧で確実に吸い出すことができる。
【０００９】
前記導体ペースト供給工程の開始よりも前に、前記スルーホールを挟んで前記導体部と反対側を負圧状態とする工程をさらに有してもよい。
このガスセンサ素子の製造方法によれば、導体ペーストを負圧でより確実に吸い出すことができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ガスセンサ素子のスルーホール導体を確実かつ容易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用されるガスセンサ（酸素センサ）の一例を示す断面図である。
【図２】本発明が適用されるガスセンサ素子の一例を示す模式分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法を示す工程図である。
【図４】従来のスルーホールの角部の導体ペーストを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明が適用されるガスセンサ（酸素センサ）１の一例を示す、長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う断面図、図２はガスセンサ素子１００の模式分解斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１００、板状素子３００等を内部に保持する主体金具３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。ガスセンサ素子１００は軸線Ｌ方向に延びるように配置され、板状素子３００、及び板状素子３００に積層されるヒータ２００から構成されている。
【００１４】
ヒータ２００は、図２に示すように、アルミナを主体とする第１基体１０１及び第２基体１０３と、第１基体１０１と第２基体１０３とに挟まれ、白金を主体とする発熱体１０２を有している。発熱体１０２は、先端側に位置する発熱部１０２ａと、発熱部１０２ａから第１基体１０１の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１０２ｂとを有している。そして、ヒータリード部１０２ｂの端末は、第１基体１０１に設けられるヒータ側スルーホール１０１ａに形成されたスルーホール導体を介してヒータ側パッド１２０と電気的に接続している。
【００１５】
板状素子３００は、酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０とを備える。酸素濃度検出セル１３０は、第１固体電解質体１０５と、その第１固体電解質１０５の両面に形成された第１電極１０４及び第２電極１０６とから形成されている。第１電極１０４は、第１電極部１０４ａと、第１電極部１０４ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第１リード部１０４ｂとから形成されている。第２電極１０６は、第２電極部１０６ａと、第２電極部１０６ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第２リード部１０６ｂとから形成されている。
【００１６】
そして、第１リード部１０４ｂの端末は、第１固体電解質体１０５に設けられる第１スルーホール１０５ａ、後述する絶縁層１０７に設けられる第２スルーホール１０７ａ、第２固体電解質体１０９に設けられる第４スルーホール１０９ａ及び保護層１１１に設けられる第６スルーホール１１１ａのそれぞれに形成されるスルーホール導体を介して板状素子側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第２リード部１０６ｂの端末は、後述する絶縁層１０７に設けられる第３スルーホール１０７ｂ、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成されるスルーホール導体を介して板状素子側パッド１２１と電気的に接続する。
【００１７】
一方、酸素ポンプセル１４０は、第２固体電解質体１０９と、その第２固体電解質体１０９の両面に形成された第３電極１０８、第４電極１１０とから形成されている。第３電極１０８は、第３電極部１０８ａと、この第３電極部１０８ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第３リード部１０８ｂとから形成されている。第４電極１１０は、第４電極部１１０ａと、この第４電極部１１０ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第４リード部１１０ｂとから形成されている。
【００１８】
そして、第３リード部１０８ｂの端末は、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成されるスルーホール導体を介して板状素子側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第４リード部１１０ｂの端末は、後述する保護層１１１に設けられる第８スルーホール１１１ｃに形成されるスルーホール導体を介して板状素子側パッド１２１と電気的に接続する。なお、第２リード部１０６ｂと第３リード部１０８ｂは同電位となっている。
【００１９】
これら第１固体電解質体１０５、第２固体電解質体１０９は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
【００２０】
発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ側パッド１２０及び板状素子側パッド１２１は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
【００２１】
そして、上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０との間に、絶縁層１０７が形成されている。絶縁層１０７は、絶縁部１１４と拡散律速部１１５とからなる。この絶縁層１０７の絶縁部１１４には、第２電極部１０６ａ及び第３電極部１０８ａに対応する位置に中空部のガス検出室１０７ｃが形成されている。このガス検出室１０７ｃは、絶縁層１０７の幅方向で外部と連通しており、該連通部分には、外部とガス検出室１０７ｃとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部１１５が配置されている。
絶縁部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なく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。
拡散律速部１１５は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部１１５によって検出ガスがガス検出室１０７ｃへ流入する際の律速が行われる。
【００２２】
また、第２固体電解質体１０９の表面には、第４電極１１０を挟み込むようにして、保護層１１１が形成されている。この保護層１１１は、第４電極部１１０ａを挟み込むようにして、第４電極部１１０ａを被毒から防御するための多孔質の電極保護部１１３ａと、第４リード部１１０ｂを挟み込むようにして、第２固体電解質体１０９を保護するための補強部１１２とからなる。
なお、ガスセンサ１００は、酸素濃度検知セル１３０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、酸素ポンプセル１４０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１４０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサに相当する。
【００２３】
図１に戻り、主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はガスセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。この滑石３６は金属ホルダ３４内に配置される第１滑石３７と金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。金属ホルダ３４内で第１滑石３７が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子１００は金属ホルダ３４に対して固定される。また、主体金具３０内で第２滑石３８が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子１００の外面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。
【００２４】
そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。このスリーブ３９は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔３９ａが設けられ、内部にガスセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材４０を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。
【００２５】
また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するガスセンサ素子１００の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔２４ａを有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には後端部４２ａの外径が先端部４２ｂの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。
【００２６】
一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、後述するセパレータ５０の突出部５０ａに係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。
【００２７】
また、セパレータ５０には、板状素子３００やヒータ２００用のリード線１１〜１５を挿入するための挿通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４、１５については図示せず）。挿通孔５０ｂ内には、リード線１１〜１５と、板状素子３００の板状素子側パッド１２１及びヒータ２００のヒータ側パッド１２０とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１〜１５は、外部において、図示しないコネクタに接続され、コネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１１〜１５とは電気信号の入出力が行われる。
【００２８】
さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１〜１５をそれぞれ挿入するための挿通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法について説明する。
図２の例では、本発明は、ヒータ２００に適用される。以下、図３を参照して本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の製造方法の各工程を説明する。
まず、未焼成第１基体１０１ｘの片面に、未焼成発熱体１０２ｘをペースト印刷する。次に、未焼成第１基体１０１ｘをひっくり返し、その反対面に未焼成ヒータ側パッド１２０ｘをペースト印刷する（図３（ａ）、（ｂ）：導体部形成工程）
次に、積層方向に未焼成ヒータ側パッド１２０ｘ及び未焼成発熱体１０２ｘを含むように、スルーホール１０１ａを形成する（図３（ｃ）：スルーホール形成工程）。
【００３０】
さらに、スルーホール導体の材料となる導体ペースト１０１ｓを未焼成ヒータ側パッド１２０ｘ側（図３の上側）のスルーホール１０１ａから供給（充填）する（図３（ｄ）：導体ペースト供給工程）。
そして、スルーホール１０１ａを挟んで未焼成ヒータ側パッド１２０ｘと反対の未焼成発熱体１０２ｘ側が負圧ＮＰの状態下で、スルーホール１０１ａに供給した導体ペースト１０１ｓを、スルーホール１０１ａから未焼成ヒータ側パッド１２０ｘと反対側（図３の下側）の未焼成発熱体１０２ｘの表面から突出させる（図３（ｄ）：導体供給工程）。
【００３１】
このとき、未焼成ヒータ側パッド１２０ｘ側（図３の上側）のスルーホール１０１ａの角部１０１ｐ１では、導体ペースト１０１ｓの厚みが薄くなっているが、角部１０１ｐ１に予め未焼成ヒータ側パッド１２０ｘが形成されている。このため、導体ペースト１０１ｓの厚みが薄い分を未焼成ヒータ側パッド１２０ｘが補い、角部１０１ｐ１における導体ペースト１０１ｓの断線を抑制し、導通を確実にすることができる。
一方、未焼成ヒータ側パッド１２０ｘと反対の未焼成発熱体１０２ｘ側（図３の下側）のスルーホール１０１ａの角部１０７ｐ２では、負圧ＮＰにより導体ペースト１０１ｓが未焼成発熱体１０２ｘの表面から負圧ＮＰで吸い出されて突出し、突出部１０１ｅを形成するため、角部１０７ｐ２でも導体ペースト１０１ｓの厚みが薄くならない。その結果、角部１０７ｐ２における導体ペースト１０１ｓの断線を抑制し、導通を確実にすることができる。
【００３２】
さらに、未焼成発熱体１０２ｘ側に、図示しない未焼成第２基体１０３を積層し、全体を焼成することでヒータ２００が完成し、導体ペースト１０１ｓはスルーホール導体となる。
以上のように、本実施形態によれば、スルーホールに導体ペーストを２回塗りしたり、シートに環状凸部を形成させる必要がなく、スルーホール導体を確実かつ容易に形成でき、生産性やコストにも優れる。
なお、未焼成第１基体１０１ｘが特許請求の範囲の「グリーンシート」に相当する。又、未焼成発熱体１０２ｘ及び未焼成ヒータ側パッド１２０ｘが特許請求の範囲の「導体部」に相当する。
【００３３】
ここで、上記実施形態では、スルーホール１０１ａに導体ペースト１０１ｓを供給（充填）した後、スルーホール１０１ａの未焼成発熱体１０２ｘ側を排圧して負圧ＮＰとしたが、導体ペースト供給工程と導体供給工程とが重複する、つまりスルーホール１０１ａに導体ペースト１０１ｓを供給している途中から、スルーホール１０１ａの未焼成発熱体１０２ｘ側を負圧ＮＰにしてもよい。この場合、導体ペースト１０１ｓを負圧ＮＰで確実に吸い出すことができる。
又、導体ペースト供給工程の開始よりも前に、スルーホール１０１ａの未焼成発熱体１０２ｘ側を負圧ＮＰ状態にしてもよい。この場合、導体ペースト１０１ｓを負圧ＮＰでより確実に吸い出すことができる。
【００３４】
本発明は上記実施形態に限定されず、グリーンシートを焼成し、導体ペーストをスルーホールに供給してスルーホール導体を形成する板状のあらゆるガスセンサ素子に適用可能であり、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１００    ガスセンサ素子
１０１ａ    スルーホール
１０１ｓ    導体ペースト
１０１ｘ    グリーンシート
１０２ｘ、１２０ｘ    導体部
ＮＰ    負圧
【図１】
2018205194.tif 000003
【図２】
2018205194.tif 000004
【図３】
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【図４】
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