(57)【要約】【課題】識別マークがレーザーの照射によりなされ、剥がれ等により判読困難になることがないセンサ素子の製造方法及びセンサ素子並びにセンサを提供する。【解決手段】本発明のセンサ素子の製造方法は、径方向に突出した鍔部を有する有底筒状の固体電解質体と、固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子の製造方法において、焼成後に固体電解質体となるセラミック成形体１’の未焼成鍔部１３’よりも後端側の外側面に、レーザーを照射し、焼成後に識別マークとなる被照射部２’を形成するレーザー形成工程と、被照射部に向かって気体を吹き付ける吹き付け工程とを備える。また、本発明のセンサ素子は、鍔部よりも後端側の外側面に、その表面を窪ませた識別マークを有し、本発明のセンサは、この識別マークが充填層と重ならないことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子の製造方法において、
焼成後に上記固体電解質体となるセラミック成形体の焼成後に上記鍔部となる未焼成鍔部よりも後端側の外側面に、レーザーを照射し、焼成後に識別マークとなる被照射部を形成するレーザー形成工程と、
該被照射部に向かって気体を吹き付ける吹き付け工程とを備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。
【請求項２】
上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、
上記レーザー形成工程では、上記被照射部を焼成後に該外側電極リード部となる外側電極リードパターンに重ならない位置に設ける請求項１に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項３】
上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記被照射部は、焼成後に該リングリード部となるリングリードパターンよりも先端側に形成されている請求項２に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項４】
上記被照射部は、溝の深さが３０〜１００μｍとなるように形成されている請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項５】
軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子において、
上記鍔部よりも後端側の外側面に、該センサ素子を窪ませた識別マークを備えることを特徴とするセンサ素子。
【請求項６】
上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、
上記識別マークは、該外側電極リード部に重ならない請求項５に記載のセンサ素子。
【請求項７】
上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記識別マークは、該リングリード部よりも先端側に配置されている請求項５又は６に記載のセンサ素子。
【請求項８】
軸線方向に延びるセンサ素子と、
該センサ素子の先端側を突出させるようにして、該センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、
該センサ素子と該主体金具との間隙に配置された充填層と、を備えるセンサにおいて、
上記センサ素子は請求項５乃至７のうちのいずれか１項に記載されたセンサ素子であり、
上記識別マークが、上記充填層と重ならないことを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子の製造方法及びセンサ素子並びにセンサに関する。更に詳しくは、本発明は、製造ロット番号等の識別マークがレーザーの照射により形成されるため、剥がれ等により読み取り困難になることがなく、未焼成のセラミック成形体にレーザーを照射するため、出力を高くする必要がなく、コストの面でも有利なセンサ素子の製造方法及びセンサ素子並びにセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素センサ素子等を構成する有底筒状のセンサ素子は、焼成されて素子本体となるセラミック成形体の開口側の外側面に、製造履歴を追跡するための製造ロット番号等の識別マークが付されている。この識別マークは、通常、白金とジルコニア等のセラミック粉末とを含有するペーストを印刷し、その後、セラミック成形体とともに焼成することにより形成されている。
【０００３】
更に、ＩＣカードの製造日及び製造ロット番号等を特定するための識別コード及びパターンを刻印又は印字するＩＣカードの製造方法が知られており、この刻印又は印字の方法として、レーザー加工、インクジェット印字等が例示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、白金とジルコニア等のセラミック粉末とを含有するペーストを印刷し、その後、セラミック成形体とともに焼成して識別マークを形成する方法では、白金のセラミック成形体に対する密着不足による剥離が懸念され、焼成後の工程において識別マークが装置及び他の物品と接触して剥離し、読み取り困難になることもある。また、白金は高価であるためコストの面で不利である。
【０００５】
また、特許文献１に記載されたＩＣカードの製造方法では、レーザー加工等により製造ロット番号等を特定するための識別コード及びパターンを刻印又は印字することが記載されているが、セラミック成形体にＩＣカード等を貼り付けることでセンサ特性等に影響を受けるため、ＩＣカードをセラミック成形体に貼り付けられない。
【０００６】
そこで、特許文献２のように、部分安定化ジルコニア等のジルコニアセラミックスを用いてなる刃物などの肉厚の薄い物品に、その強度を低下させることなく、且つマークが剥がれることなく、ロット番号、商品マーク等を付与するレーザーマーキング方法も知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３８８５２号公報
【特許文献２】特開２００４−１７５６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、センサ素子に用いられるセラミック成形体は小さく、筒状形状を有しているため、単純にレーザーマーキング方法を用いてセラミック成形体に製造ロット番号等の識別マークを形成しても、文字等をはっきり認識できにくく、読み取り困難となる可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、製造ロット番号等の識別マークがレーザーの照射により形成されたとしても、読み取り困難になることがないセンサ素子の製造方法及びこの方法により製造されるセンサ素子並びにセンサ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】
本発明は以下のとおりである。
１．軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子の製造方法において、焼成後に上記固体電解質体となるセラミック成形体の上記鍔部となる未焼成鍔部よりも後端側の外側面に、レーザーを照射し、焼成後に識別マークとなる被照射部を形成するレーザー形成工程と、該被照射部に向かって気体を吹き付ける吹き付け工程とを備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。
２．上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、上記レーザー形成工程では、上記被照射部を焼成後に該外則電極リード部となる外側電極リードパターンに重ならない位置に設ける上記１．に記載のセンサ素子の製造方法。
３．上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記被照射部は、焼成後に該リングリード部となるリングリードパターンよりも先端側に形成されている上記２．に記載のセンサ素子の製造方法。
４．上記被照射部は、溝の深さが３０〜１００μｍとなるように形成されている上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
５．軸線方向に延びるとともに、径方向に突出した鍔部を有し、先端側が閉じた有底筒状の固体電解質体と、該鍔部よりも先端側の該固体電解質体の外側面上に配置された外側電極と、該固体電解質体の内側面上に配置された内側電極とを有するセンサ素子において、上記鍔部よりも後端側の外側面に、該センサ素子を窪ませた識別マークを備えることを特徴とするセンサ素子。
６．上記センサ素子は、上記外側電極に電気的に接続し、且つ該外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側までの上記固体電解質体の外側面上に配置された外側電極リード部を有し、上記識別マークは、該外側電極リード部に重ならない上記５．に記載のセンサ素子。
７．上記外側電極リード部は、上記外側電極の後端から上記鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、該接続用リード部に接続し、該鍔部よりも後端側にて上記固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有し、上記識別マークは、該リングリード部よりも先端側に配置されている上記５．又は６．に記載のセンサ素子。
８．軸線方向に延びるセンサ素子と、該センサ素子の先端側を突出させるようにして、該センサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、該センサ素子と該主体金具との間隙に配置された充填層と、を備えるセンサにおいて、上記センサ素子は上記５．乃至７．のうちのいずれか１項に記載されたセンサ素子であり、上記識別マークが、上記充填層と重ならないことを特徴とするセンサ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセンサ素子の製造方法によれば、筒状形状を有したセラミック成形体に製造ロット番号等の識別マークとなる被照射部がレーザーの照射により形成された後、被照射部に向かって気体を吹き付けることで、セラミック成形体に含有されていた有機バインダの分解残渣が吹き飛ばされ、識別マークがより鮮明に表示される。よって、相対的に小さく、筒状形状を有するセンサ素子に対しても、文字等をはっきり認識することができ、剥がれ等により読み取り困難になることもない。
また、被照射部は、外側電極リードパターンに重ならない位置に設けられているため、識別マークの読み取りが更に容易である。なお、外側電極リードパターンは、レーザー形成工程前に、セラミック成形体の外側面に設けられていても良いし、レーザー形成工程後に、セラミック成形体の外側面に設けられていても良い。なお、レーザー形成工程後に外側電極リードパターンをセラミック成形体の外表面に形成する場合には、予め外側電極リードパターンが形成される位置を予測し、その位置に重ならないように形成する。そして、外側電極リードパターンは、レーザー形成工程前に、セラミック成形体の外側面に設けられていることが好ましい。これにより、外側電極リードパターンをレーザーマーキングによって削りとられることが無いため、焼成後の外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、外側電極リード部が、外側電極の後端から鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、接続用リード部に接続して鍔部よりも後端側にて固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有しており、被照射部がリングリードパターンよりも先端側に形成されているので、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リードパターンがレーザーマーキングによって削りとられることが無いため、焼成後の外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
また、被照射部の溝の深さが３０〜１００μｍである場合は、識別マークの読み取りが容易であり、且つ強度の低下も十分に抑えられる。
本発明のセンサ素子は、相対的に小さく、筒状形状を有するセンサ素子に対しても、文字等をはっきり認識することができ、剥がれ等により読み取り困難になることもない。
また、センサ素子は、外側電極から後端側に延びる外側電極リード部を有し、識別マークは、外側電極リード部に重ならないように設けられているため、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、外側電極リード部が、外側電極の後端から鍔部よりも後端側まで軸線方向に延びる接続用リード部と、接続用リード部に接続して鍔部よりも後端側にて固体電解質体の周方向に連結されたリングリード部とを有しており、識別マークがリングリード部よりも先端側に形成されているので、識別マークの読み取りが更に容易であり、また、外側電極リード部の導通性が損なわれることもない。
更に、識別マークが、センサ素子をガスセンサに組み込んで用いた場合に、ガスセンサの主体金具の内側面と、センサ素子の外側面との間に介装された充填層と重ならないことで、充填層にセラミック粉末を圧粉する際に大きな押圧力が識別マークが形成された部分に直接加わらないため、センサ素子の折損等が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面を参照しながら詳しく説明する。
上記「センサ素子１００」は、図１のように、セラミック成形体１’（図２、図３参照）が焼成されてなる有底筒状の固体電解質体１と、固体電解質体１表面に外側電極１１１と、外側電極リード部１４とを備えている。固体電解質体１は、先端側の感知部１１と、後端側の基体部１２と、感知部１１と基体部１２との中間部である鍔部１３とを備え、感知部１１は先端側ほど壁厚が薄く、基体部１２は感知部１１に比べて壁厚が厚い。また、感知部１１の外側面には外側電極１１１が設けられ、内側面には基準電極（図示せず）が設けられている。更に、図１のように、外側電極１１１に接続されるようにして、鍔部１３を跨いで、基体部１２の外側面に向かって外側電極リード部１４が設けられている。この外側電極リード部１４は、基体部１２のうちの後端側１２１の外側面に設けられたリングリード部１４１と、外側電極１１１とリングリード部１４１とを導通するため、鍔部１３を跨ぐ接続用リード部１４２とを有している。
【００１３】
上記「セラミック成形体１’」は、焼成されてセンサ素子１００の固体電解質体１となる。このセラミック成形体１’は、図３のように、有底筒状であり、図２及び図３のように、センサ素子１００の感知部１１となる未焼成感知部１１’と、基体部１２となる未焼成基体部１２’と、未焼成感知部１１’と未焼成基体部１２’との中間部であり、鍔部１３となる未焼成鍔部１３’とを備える。また、セラミック成形体１’の内部空間１５’は、断面円形であり、外周面と内周面とは同心円状に形成されている。更に、図２及び図３のように、セラミック成形体１’の外径は未焼成基体部１２’では同寸であり、鍔部１３’直下から未焼成感知部１１’に向かって徐々に径小になっている。
【００１４】
セラミック成形体１’の作製に用いるセラミックとしては、固体電解質として作用するセラミックが挙げられる。例えば、酸素イオンを導電させる酸素センサ素子では、ジルコニア、特にイットリア等により安定化された安定化ジルコニアが用いられることが多い。
【００１５】
セラミック成形体１’の外側面のうちのセンサ素子１００の基体部１２となる未焼成基体部１２’にはレーザーが照射され、図２のように、識別マークを表示するための上記「被照射部２’」が形成されている。被照射部２’を形成する位置は、セラミック成形体１’の未焼成基体部１２’の外側面であり、且つ焼成により形成される、図１のような、識別マーク２の読み取りが可能である限り特に限定されない。また、用いるレーザーも特に限定されず、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等が挙げられる。更に、照射装置も特に限定されず、レーザー発振器、レーザー変調器、ハンドリングユニット、コントローラー等を備える一般的な照射装置を用いることができる。
なお、図１の識別マーク２及び図２の被照射部２’は、文字、図形、記号又はこれらの結合により構成され、具体的には、製造履歴を追跡するための製造ロット番号、製造年月日、商品マーク等が挙げられる。
【００１６】
被照射部２’は上記のような位置に形成されるが、セラミック成形体１’の外側面に外側電極リードパターン１４’が設けられているときは、図２のように、被照射部２’は、この外側電極リードパターン１４’が設けられていない部分に形成されていることが好ましい。このようにすれば、識別マークの読み取りが容易であり、焼成後、外側電極リード部１４の導通性が損なわれることもない。
【００１７】
また、外側電極リードパターン１４’は、例えば、図２のように、セラミック成形体１’のセンサ素子１００の基体部１２となる未焼成基体部１２’の後端側１２１’の外側面に設けられたリングリードパターン１４１’、及びこのリングリードパターン１４１’が焼成されてなるリングリード１４１と、センサ素子１００の感知部１１の外側面に設けられる外側電極１１１とを導通させることになる接続用リードパターン１４２’を有する。この場合、被照射部２’は、図２のように、リングリードパターン１４１’よりも先端側であり、且つ接続用リードパターン１４２’が設けられていない部分に形成することが好ましい。このように、被照射部２’を外側電極リードパターン１４’と重ならないように形成すれば、識別マークの読み取りが容易であり、焼成後、外側電極リード部１４の導通性が損なわれることもない。
【００１８】
次に、酸素センサ２００について図４を参照して説明する。図４に示すように、酸素センサ２００は、上述のセンサ素子１００、センサ素子１００の内部空間に挿入されるセラミックヒータ３、及びセンサ素子１００を自身の内側にて保持する主体金具５を備える。
【００１９】
セラミックヒータ３は、棒状に形成されると共に、内部に発熱抵抗体を有する発熱部４２を備えている。このセラミックヒータ３は、後述するヒータ用リード線１９、２２を介して通電されることにより発熱部４２が発熱することになり、センサ素子１００を活性化させるべく当該センサ素子１００を加熱する機能を果たす。
【００２０】
主体金具５は、酸素センサ２００を排気管の取付部に取り付けるためのネジ部６６と、排気管の取付部への取り付け時に取付工具をあてがう六角部９３とを有している。また、主体金具５は、センサ素子１００を先端側から支持するアルミナ製の支持部材５１と、支持部材５１の後端側に充填される滑石粉末からなる充填層５２と、充填層５２を後端側から先端側に向けて押圧するアルミナ製のスリーブ５３とを内部に収納可能に構成されている。
【００２１】
主体金具５には、先端側内周に径方向内側に向かって突出した金具側段部５４が設けられており、この金具側段部５４にパッキン５５を介して支持部材５１を係止させている。なお、センサ素子１００は、鍔部１３が支持部材５１上に支持されることにより、主体金具５に支持される。支持部材５１の後端側における主体金具５の内面とセンサ素子１００の外面との間には、充填層５２が配設され、更にこの充填層５２の後端側にスリーブ５３及び環状リング５６が順次同軸状に内挿された状態で配置される。
【００２２】
また、主体金具５の後端側内側には内筒部材４１の先端側が挿入されている。この内筒部材４１は、先端側の拡径した開口端部（先端開口端部５９）を環状リング５６に当接させた状態で、主体金具５の金具側後端部６０を内側先端方向に加締めることで、主体金具５に固定されている。なお、酸素センサ２００においては、主体金具５の金具側後端部６０を加締めることを通じて、充填層５２がスリーブ５３を介して圧縮充填される構造になっており、これによりセンサ素子１００が筒状の主体金具５の内側に気密状に保持されている。
【００２３】
内筒部材４１は、軸線方向における略中間位置に内筒段付き部８３が形成されており、内筒段付き部８３よりも先端側が内筒先端側胴部６１として形成され、内筒段付き部８３よりも後端側が内筒後端側胴部６２として形成される。内筒後端側胴部６２は、内筒先端側胴部６１よりも内径、外径がともに小さく形成され、その内径は後述するセパレータ７のセパレータ本体部８５の外径よりも若干大きく形成されている。また、内筒後端側胴部６２には、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔６７が形成されている。
【００２４】
外筒部材１６は、筒状に成型されており、後端側に外部から内部に通じる開口を含む外筒後端側部６３、先端側に内筒部材４１に対して後端側から同軸状に連結される外筒先端側部６４、外筒後端側部６３と外筒先端側部６４とを繋ぐ外筒段部３５が形成されている。なお、外筒後端側部６３には、弾性シール部材４０を気密状に固定するための加締め部８８が形成されている。
【００２５】
また、主体金具５の先端側外周には、センサ素子１００の主体金具５の先端から突出する先端部を覆うとともに、複数のガス取り入れ孔８２を有する金属製のプロテクタ８１が溶接によって取り付けられている。
【００２６】
更に、内筒部材４１の内筒後端側胴部６２の外側には、大気導入孔６７から水が侵入するのを防止するための筒状のフィルタ６８が配置されている。なお、フィルタ６８は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体（商品名:ゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株））のように、水を主体とする液体の透過は阻止する一方、空気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成される。
【００２７】
外筒部材１６の外筒先端側部６４は、フィルタ６８が配置された内筒部材４１（詳細には内筒後端側胴部６２）を外側から覆う形状に形成されており、外筒先端側部６４のうち、フィルタ６８に対応する位置には周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔８４が形成されている。
【００２８】
なお、外筒部材１６と内筒部材４１とは、外筒部材１６の外筒先端側部６４のうちで大気導入孔８４よりも後端側の少なくとも一部を、フィルタ６８を介して径方向内側に加締めることで形成した第１加締め部５７と、大気導入孔８４よりも先端側の少なくとも一部を、同じくフィルタ６８を介して径方向内側に加締めることで形成した第２加締め部５８とによって固定されている。このとき、フィルタ６８は、外筒部材１６と内筒部材４１との間で液密状に保持されることになる。また、外筒部材１６の外筒先端側部６４は内筒先端側胴部６１に対し外側から重なりを生じるように配置されており、その重なり部の少なくとも一部が周方向の内側に向けて加締められることで、連結加締め部７５が形成されている。
【００２９】
これにより、基準ガスとしての大気は、大気導入孔８４、フィルタ６８および大気導入孔６７、内筒部材４１の内部に導入され、センサ素子１００の有底孔２５に導入される。一方、水滴はフィルタ６８を通過することができないため、内筒部材４１の内側への侵入が阻止される。
【００３０】
外筒部材１６の後端内側（外筒後端側部６３）に配置される弾性シール部材４０は、センサ素子１００に電気的に接続される２本の素子用リード線２０、２１と、セラミックヒータ３に電気的に接続される２本のヒータ用リード線１９、２２とを挿通するための４つのリード線挿通孔１７が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。
【００３１】
また、内筒部材４１の内筒後端側胴部６２に自身の先端側が挿入配置されるセパレータ７は、素子用リード線２０、２１と、ヒータ用リード線１９，２２とを挿通するためのセパレータリード線挿通孔７１が先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。また、セパレータ７には、先端面に開口する有底状の保持孔９５が軸線方向に形成されている。この保持孔９５内には、セラミックヒータ３の後端部が挿入され、セラミックヒータ３の後端面が保持孔９５の底面に当接することでセパレータ７に対するセラミックヒータ３の軸線方向の位置決めがなされる。
【００３２】
このセパレータ７は、内筒部材４１の後端内側に挿入されるセパレータ本体部８５を有するとともに、セパレータ本体部８５の後端部から周方向外側に延設されたセパレータフ
ランジ部８６を有している。つまり、セパレータ７は、セパレータ本体部８５が内筒部材４１に挿入されるとともに、セパレータフランジ部８６が内筒部材４１の後端面にフッ素ゴムからなる環状シール部材４５を介して支持される状態で、外筒部材１６の内側に配置される。
【００３３】
また、素子用リード線２０、２１及びヒータ用リード線１９、２２は、セパレータ７のセパレータリード線挿通孔７１、弾性シール部材４０のリード線挿通孔１７を通じて、内筒部材４１及び外筒部材１６の内部から外部に向かって引き出されている。なお、これら４本のリード線１９、２０、２１、２２は外部において、図示しないコネクタに接続される。そして、このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１９、２０、２１、２２とは電気信号の入出力が行なわれることになる。
【００３４】
また、各リード線１９、２０、２１、２２は、詳細は図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有しており、導線の後端側がコネクタに設けられるコネクタ端子に接続される。そして、素子用リード線２０の導線の先端側は、センサ素子１００の外面に対して外嵌される端子金具４３の後端部と加締められ、素子用リード線２１の導線の先端側は、センサ素子１００の内面に対して圧入される端子金具４４の後端部と加締められる。これにより、素子用リード線２０は、センサ素子１００の外側電極１１１（図１参照）と電気的に接続され、素子用リード線２１は、内側電極と電気的に接続される。他方、ヒータ用リード線１９、２２の導線の先端部は、セラミックヒータ３の発熱抵抗体と接合された一対のヒータ用端子金具と各々接続される。
【００３５】
そして、セパレータ７の後端側には、耐熱性に優れるフッ素ゴム等からなる弾性シール部材４０が、外筒部材１６を加締め、加締め部８８を形成することにより、外筒部材１６に固定されている。この弾性シール部材４０は、本体部３１、本体部３１の先端側の側周面から径方向外側に向けて延びるシール部材鍔部３２を有している。そして、この本体部３１を軸線方向に貫くように４つのリード線挿通孔１７が形成されている。
【００３６】
そして、被照射部２’は、センサ素子１００を酸素センサ２００に組み込んで用いた場合に、被照射部２’が焼成されてなる識別マーク２が、ガスセンサ（例えば、図４の酸素センサ２００）の主体金具５の内側面と、センサ素子１００の外側面との間に介装された充填層５２と重ならないことが好ましい。
【００３７】
主体金具５の内面側にセンサ素子１００を固定するとき、主体金具５の金具側段部５４に支持部材５１をパッキン５５を介して挿入し、その後、支持部材５１の内面側にセンサ素子１００を感知部１１の側を先端側としてパッキン６９を介して挿入し、次いで、支持部材５１の後端側にセラミック粉末を供給して圧粉して充填層５２を形成し、その後、スリーブ５３を挿入し、その先端側を充填層５２の後端に当接させセンサ素子１００を固定するとともに、主体金具５の内側面とセンサ素子１００の外側面との間を気密に封止する。
【００３８】
センサ素子１００は上記のようにして主体金具５の内面側に固定されるが、スリーブ５３を先端側に押圧するときに、充填層５２に特に大きな押圧力が加わる。そのため、識別マーク２が充填層５２と接触する位置に形成されておらず、好ましくはスリーブ５３と接触する位置に形成されていることが好ましい。これにより、センサ素子１００を組み込むときの変形、折損等を防止することができる。
【００３９】
上記の充填層５２の形成に用いられるセラミック粉末は特に限定されず、滑石が挙げられる。また、セラミック粉末の圧粉による充填層５２の形成に代えて、バインダ等が配合されたセラミック粉末を用いてなるリング状の成形体を挿入し、これを押圧して充填層５２を形成することもできる。
【００４０】
なお、本発明では、未焼成体であるセラミック成形体１’には有機バインダが含有されているが、この有機バインダがレーザーの照射により分解し、この分解残渣が被照射部２’に残留し、製造ロット番号等の識別マークが不鮮明になることがある。そのため、セラミック成形体の焼成の前に被照射部２’に気体を吹き付け、分解残渣を吹き飛ばす。これにより、識別マーク２をより鮮明に表示させることができる。なお、気体としては、空気、水素、窒素が好ましい。
【００４１】
また、被照射部２’の溝の深さは特に限定されないが、３０〜１００μｍ、特に４０〜７０μｍであることが好ましい。溝の深さが３０〜１００μｍであれば、製造ロット番号等の識別マーク２の読み取りが容易であり、且つ溝が形成されたことによる強度の低下も抑えられる。更に、この溝は、開口端面の幅が１００〜５００μｍ、特に１００〜３００μｍであることが好ましい。開口端面の幅が１００〜５００μｍであれば、識別マーク２の読み取りがより容易であり、且つ溝が形成されたことによる強度の低下も十分に抑えられる。また、溝はレーザーの照射により形成されるため、開口端面の幅が１００〜５００μｍであれば、通常、底部近傍まで開口端面の幅より狭く形成される。
なお、被照射部２’は未焼成体であるセラミック成形体１’に形成され、その後、焼成されるため、焼成収縮により溝の深さ及び幅が僅かに変化するが、被照射部２’に形成された溝の深さ及び幅が上記の範囲内であれば、焼成後、識別マーク２を容易に読み取ることができる。
【００４２】
更に、本発明のセンサ素子の製造方法では、被照射部２’を形成する工程の他に、通常、セラミック成形体１’となる成形体を作製する工程、この成形体の特に外側面を必要に応じて研削してセラミック成形体１’を作製する工程、焼成工程、外側電極、内側電極を形成する工程等の各種の工程を備えている。
【００４３】
焼成の条件は特に限定されず、焼成温度及び焼成時間はセラミックの種類、粒径等によって設定することが好ましい。また、焼成雰囲気も、セラミックの種類等により、大気雰囲気等の酸化雰囲気、所定量の水素ガスを含有する還元雰囲気、並びに窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気などの不活性雰囲気のうちから選択することができる。
【００４４】
本発明のセンサ素子１００は、本発明の方法により製造され、図１のように、被照射部２’が焼成されてなる識別マーク２を有する。この識別マーク２は、センサ素子１００の素子本体となるセラミック成形体１’の外側面のうちのセンサ素子１００の基体部１２となる開口側１２’の外側面に、レーザーを照射して形成された上記の被照射部２’が焼成されてなるものであり、製造ロット番号等の識別マーク２を容易に読み取ることができ、且つ焼成及びその後の工程において識別マーク２が装置及び他の物品との接触等により読み取り困難になることが防止される。
【００４５】
このセンサ素子１００は前記のようにしてガスセンサに組み込まれるが、識別マーク２が充填層５２と接触する位置に形成されておらず、スリーブ５３と接触する位置に形成されていることが好ましい。これにより、センサ素子１００を組み込むときの変形、折損等を防止することができる。
【００４６】
本発明の方法により製造したセンサ素子は、各種ガスセンサに組み込んで用いることができる。このガスセンサとしては、酸素センサ、一酸化炭素センサ、炭化水素センサ及び酸化窒素センサ等の内燃機関の排気ガスセンサなどが挙げられる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
［１］センサ素子の製造
（１）セラミック成形体１’の作製
イットリアを固溶させた部分安定化ジルコニア粉末、有機バインダ及び有機溶剤を湿式混合してなるスラリーを、スプレードライ法により乾燥し、造粒した。その後、造粒物をラバープレス機を用いてプレス成形し、成形体を作製した。また、成形体の外側面を研削して、所定形状のセラミック成形体１’を作製した（図２及び図３参照）。次いで、セラミック成形体１’の外表面のうちの鍔部よりも先端側の所定位置に凹凸材（例えば、部分安定化ジルコニア粉末）を塗布し、その後、白金を主成分とする導電ペーストを所定のパターンに印刷し、リングリードパターン１４１’と接続用リードパターン１４２’とを有する外側電極リードパターン１４’を形成した（図２参照）。
なお、セラミック成形体１’の未焼成基体部１２’の外径は９ｍｍ、未焼成鍔部１３’の外径は１１ｍｍであり、未焼成感知部１１’の先端部１１１’は球面状であり、その径は５ｍｍであった。
【００４８】
（２）レーザーの照射
上記のようにして作製したセラミック成形体１’の未焼成基体部１２’の外側面の、リングリードパターンと接続用リードパターンとに重ならない接続用リードパターンの側方に、レーザー照射装置によりＦＡＹｂレーザーを出力２０Ｗで照射し、製造ロット番号（識別マーク）を表示する被照射部２’を形成した（図２参照）。この被照射部２’は、センサ素子１００を前記のようにして酸素センサ２００に組み込んだ場合に、（実施例１）製造ロット番号が充填層５２と接触する位置、又は（実施例２）この製造ロット番号がスリーブ５３と接触する位置に形成した。
【００４９】
（３）センサ素子１００の製造
上記（２）のようにして作製した被照射部２’の形成位置が異なる２つのセラミック成形体１’を各々５００個、セラミック製のサヤに素子を詰めて、サヤとセラミック成形体１’とを焼成炉に収容し、大気雰囲気下、１５００℃で２時間焼成し、その後、外側電極と内側電極とを設けてセンサ素子１００を製造した。
【００５０】
［２］センサ素子の折損の有無
上記［１］、（３）のようにして製造したセンサ素子１００を、前記のようにして酸素センサ２００の主体金具５に固定して組み込んだ。そして、製造ロット番号が充填層５２と接触する位置に形成した実施例１と、製造ロット番号がスリーブ５３と接触する位置に形成した実施例２とで、センサ素子１００が折損するか否かを比較検討した。その結果、製造ロット番号が充填層５２と接触する位置に形成されている実施例１では、一部に折損が発生した。一方、製造ロット番号がスリーブ５３と接触する位置に形成されているセンサ素子１００では、折損はまったく発生しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】レーザーの照射により形成された被照射部が焼成されてなる製造ロット番号（識別マーク）を有するセンサ素子の正面図である。
【図２】レーザーの照射により形成され、製造ロット番号（識別マーク）を表示する被照射部を有するセラミック成形体の正面図である。
【図３】セラミック成形体の断面図である。
【図４】センサ素子が配設された酸素センサの一例の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００；センサ素子、１；セラミック焼結体、１１；感知部、１１１；検知電極、１２；基体部、１２１；開口部、１３；鍔部、１４；外側電極リード部、１４１；リングリード部、１４２；接続用リード部、１’；セラミック成形体、１１’；未焼成検知部、１１１’；先端部、１２’；未焼成基体部、１２１’；後端側、１３’；未焼成鍔部、１４’；外側電極リードパターン、１４１’；リングリードパターン、１４２’；接続用リードパターン、１５’；内部空間、２；識別マーク、２’；被照射部、２００；酸素センサ、３；ヒータ、５；主体金具、５１；支持部材、５２；充填層、５３；スリーブ、５６；環状リング、４１；内筒部材、６７；大気導入孔、６８；フィルタ、１６；外筒部材、８４；大気導入孔、４０；弾性シール部材、４５；環状シール部材、７；セパレータ、８１；プロテクタ、８２；ガス取り入れ孔、２０、２１；素子用リード線、１９、２２；ヒータ用リード線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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