(57)【要約】【課題】セッター本体に立設されたピンを覆うように配置されたセラミック成形体が倒れてしまうことがない焼成工程を備えるセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のセンサ素子（酸素センサ素子等）の製造方法は、軸線方向に延びるとともに、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状の固体電解質体と、その外側に形成される外側電極と、その内側に形成される内側電極とを有するセンサ素子を構成するセラミック焼結体の作製に用いるセラミック成形体１’（ジルコニア等からなる。）を、焼成用鞘２（多孔質セラミック焼結体等からなる。）に立設された棒状のピン３（アルミナ等からなる。）を覆うとともに、ピンがセラミック成形体の焼成後に鍔部となる焼成前鍔部より底部側に突出しないように配置し、焼成する工程を備える。【選択図】図１０
2008256476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるとともに、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状の固体電解質体と、該固体電解質体の外側に形成される外側電極と、該固体電解質体の内側に形成される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を、焼成用鞘に立設された棒状のピンを覆うとともに、該ピンが該セラミック成形体の焼成後に上記鍔部となる焼成前鍔部より底部側に突出しないように配置し、該セラミック成形体を焼成する工程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】
上記セラミック成形体の内周面は、底部側に向かって開口部から略軸線方向に沿って延びる延伸内周面を有するとともに、
上記ピンの外周面は、上記延伸内周面に対向するように配置される、略軸線方向に沿って延びる延伸外周面を有し、
さらに、上記延伸外周面の軸線方向の長さは、上記延伸内周面の内径から上記延伸外周面の外径を減じた値の８倍以上である請求項１に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項３】
上記延伸外周面の外径は、上記延伸内周面の内径の０．６倍以上である請求項２に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項４】
上記延伸外周面の外径は、焼成後の上記延伸内周面の内径の０．９５倍以下である請求項２又は３に記載のセンサ素子の製造方法。
【請求項５】
複数の上記セラミック成形体を、複数の上記ピンが立設された上記焼成用鞘に、１本の該セラミック成形体が１本の該ピンに対応するように配置し、且つ該セラミック成形体のうちの隣り合う各々のセラミック成形体を接触させずに、同時に焼成する請求項１乃至４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６】
上記セラミック成形体の少なくとも上記焼成前鍔部の外周面に、焼成後に上記外側電極に電気的に接続されるリード用パターンが形成されている請求項１乃至５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７】
上記焼成用鞘が多孔質セラミック焼結体からなる請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の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、軸線方向に延びるとともに、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状のセンサ素子の製造方法に関する。更に詳しくは、焼結用鞘に立設された棒状のピンを覆うように配置された、焼成後にセンサ素子本体となるセラミック成形体が、焼成時、倒れてしまうことがなく、且つセラミック成形体が傾いたときに、ピンが、セラミック成形体のうちの壁厚が薄く、破損、変形等を発生し易い、鍔部より底部側（感知部となる部分）に、接触することのない焼成工程を備えるセンサ素子の製造方法に関する。特に、複数のセラミック成形体を同時に焼成した場合に、隣り合うセラミック成形体が接触することがなく、破損、変形等が発生しない焼成工程を備えるセンサ素子の製造方法に関する。
【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、従来、焼成されて素子本体となるセラミック成形体を、各々のセラミック成形体が接触する状態で焼成用鞘上に倒立させ、これを焼成炉に収容し、焼成して素子本体を形成し、その内外面に検知電極及び基準電極を設けることにより製造されている。
【０００３】
また、複数の貫通保持孔が所定の間隔をおいて配設された被熱処理物整列治具を用いて、複数の被熱処理物をその貫通保持孔にそれぞれ挿入することにより、互いに所定の間隔をおいて熱処理さや上に整列させる被熱処理物のさや詰め方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
さらに、先端に曲面を備える支柱部とその支柱部を支持する支持台とを有する焼成治具を用いて、曲面状の底面を有し、セラミックスからなる有底管状の成形体を、その開口面を下方に向けて支柱部に挿通させ、成形体の底面を支柱台の曲面で支持して焼成する有底管状セラミック体の製造方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、セラミック成形体を底部内面で支えるための芯材を、倒立したセラミック成形体の内側に配置し、セラミック成形体を底部内面で支えながら焼成する有底管状セラミック成形体の製造方法も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３２６７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２１５２号公報
【特許文献３】特開平１０−１６７８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状のセラミック成形体を、各々のセラミック成形体が接触する状態で焼成鞘上に倒立させ、これを焼成炉に収容して焼成する方法では、隣り合う成形体の鍔部同士が接触し、セラミック成形体が変形してしまうことがあった。特に成形体の鍔部の外周面に焼成後に外側電極に電気的に接続されるリード用パターンが形成されているときは、このパターンが剥離してしまうことがあった。そこで、各々のセラミック成形体の間に隙間を設けて焼成することが考えられるが、この場合は、成形体を焼成鞘に固定できずに、成形体が倒れてしまい、破損、変形等が発生することがある。
【０００６】
また、特許文献１に記載されたさや詰め方法を用いて、鍔部を有する有底筒状のセラミック成形体を熱処理させた場合、成形体が倒れないようするためには、被熱処理物整列治具を成形体の上端部側に配置させる必要があるが、その場合、被熱処理物整列治具の貫通保持孔に成形体を挿入する際に、治具が成形体の表面に接触して傷付くことがあり、特に成形体の外周面にリード用パターンが形成されているときは、このパターンが剥離してしまうことがある。一方、治具を成形体のリードパターンより下端部側に配置させたのでは、成形体を十分に保持することができず、成形体が倒れてしまうことがある。
さらに、特許文献２、３に記載された製造方法では、支柱部又は芯材の先端と成形体の底部内面とが接触し、成形体の先端部に破損、変形等が発生することがある。
【０００７】
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、焼成鞘に立設された棒状のピンを覆うように配置された、径方向に突出する焼成前鍔部を有する有底筒状のセラミック成形体が傾いたときに、ピンが、セラミック成形体の壁厚の薄い部分に接触しないため、破損、変形等が発生することのない焼成工程を備えるセンサ素子の製造方法を提供することを目的とする。特に、複数のセラミック成形体を同時に焼成した場合に、隣り合うセラミック成形体が接触することがなく、破損、変形等が発生しないとともに、成形体の焼成前鍔部の外周面に、焼成後に外側電極に電気的に接続されるリード用パターンが形成されているときに、このパターンが剥離することのない焼成工程を備えるセンサ素子の製造方法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】
【０００８】
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、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状の固体電解質体と、該固体電解質体の外側に形成される外側電極と、該固体電解質体の内側に形成される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を、焼成用鞘に立設された棒状のピンを覆うとともに、該ピンが該セラミック成形体の焼成後に上記鍔部となる焼成前鍔部より底部側に突出しないように配置し、該セラミック成形体を焼成する工程を備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。
２．上記セラミック成形体の内周面は、底部側に向かって開口部から略軸線方向に沿って延びる延伸内周面を有するとともに、上記ピンの外周面は、上記延伸内周面に対向するように配置される、略軸線方向に沿って延びる延伸外周面を有し、さらに、上記延伸外周面の軸線方向の長さは、上記延伸内周面の内径から上記延伸外周面の外径を減じた値の８倍以上である上記１．に記載のセンサ素子の製造方法。
３．上記延伸外周面の外径は、上記延伸内周面の内径の０．６倍以上である上記２．に記載のセンサ素子の製造方法。
４．上記延伸外周面の外径は、焼成後の上記延伸内周面の内径の０．９５倍以下である上記２．又は３．に記載のセンサ素子の製造方法。
５．複数の上記セラミック成形体を、複数の上記ピンが立設された上記焼成用鞘に、１本の該セラミック成形体が１本の該ピンに対応するように配置し、且つ該セラミック成形体のうちの隣り合う各々のセラミック成形体を接触させずに、同時に焼成する上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
６．上記セラミック成形体の少なくとも上記焼成前鍔部の外周面に、焼成後に上記外側電極に電気的に接続されるリード用パターンが形成されている上記１．乃至５．のうちいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
７．上記焼成用鞘が多孔質セラミック焼結体からなる上記１．乃至６．のうちのいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセンサ素子の製造方法によれば、焼成後に上記固体電解質体となるセラミック成形体を、焼成用鞘に立設された棒状のピンを覆うように配置して焼成するため、焼成時に、セラミック成形体が倒れてしまうのを抑制することができる。さらに、ピンがセラミック成形体の焼成前鍔部より底部側に突出しないため、焼成時、セラミック成形体の壁厚が薄い部分である焼成前鍔部より底面側（感知部）の内周面とピンとが接触しないので、破損、変形等の発生を防止することができる。
また、セラミック成形体の内周面が、底部側に向かって開口部から略軸線方向に沿って延びる延伸内周面を有するとともに、ピンの外周面が、延伸内周面に対向するように配置される、略軸線方向に沿って延びる延伸外周面を有している場合には、延伸外周面の軸線方向の長さを、延伸内周面の内径から延伸外周面の外径を減じた値の８倍以上にすることで、焼成時、セラミック成形体が倒れてしまうのを防止することができる。
さらに、延伸外周面の外径を、延伸内周面の内径の０．６倍以上にすることで、焼成時、成形体が倒れてしまうのをより一層防止することができる。
そして、延伸外周面の外径を、焼成後の延伸内周面の内径の０．９５倍以下にすることで、焼成により収縮するセラミック成形体の内周面とピンの外周面との接触によるセラミック成形体の破損、変形を十分に防止することができる。
また、複数のセラミック成形体を同時に焼成する場合は、複数のピンが立設された焼成用鞘に、１本のセラミック成形体に対して１本のピンが対応するように配置して、同時に焼成する。そして、複数のピンにセラミック成形体を複数配置させた時に、隣り合うセラミック成形体が接触しないように、ピンを焼成用鞘に配置することで、セラミック成形体の接触による破損、変形等のないセラミック焼結体とすることができる。
さらに、セラミック成形体の少なくとも焼成前鍔部の外周面に、焼成後に外側電極に電気的に接続されるリード用パターンが形成されている場合は、隣り合うセラミック成形体が接触しないため、リード用パターンの剥離を防止することができる。
また、焼成用鞘が多孔質セラミック焼結体からなる場合は、使用時の昇温、降温等により焼成用鞘に割れが発生するのを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の軸線方向に延びるとともに、径方向に突出する鍔部を有する有底筒状の固体電解質体と、その固体電解質体の外側に形成される外側電極と、その固体電解質体の内側に形成される内側電極とを有するセンサ素子の製造方法は、焼成後に固体電解質体となるセラミック成形体を、焼成用鞘に立設された棒状のピンを覆うとともに、ピンがそのセラミック成形体の焼成前鍔部より底部側に突出しないように配置し、セラミック成形体を焼成する工程を備える。
【００１１】
上記「センサ素子１００」は、軸線方向に沿って延びるセラミック成形体１’が焼成されてなる有底筒状のセラミック焼結体１（本発明の固体電解質体に相当する。）を素子本体とし、図１のように、径方向に突出する鍔部１３と、鍔部より底部側の感知部１１と、鍔部より開口側の基体部１２とを備え、感知部１１は底部側ほど壁厚が薄く、鍔部１３及び基体部１２は感知部１１に比べて壁厚が厚い。また、感知部１１の外周面には検知電極１４１（本発明の外側電極に相当する。）が設けられ、内周面には基準電極（本発明の内側電極に相当する。尚、図示しない。）が設けられている。さらに、基体部１２の外周面にはリード１４２が設けられることがあり、このリード１４２は検知電極１４１に電気的に接続されている。
【００１２】
上記「セラミック成形体１’」は、焼成されてセンサ素子１００の素子本体を構成するセラミック焼結体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、径方向に突出する鍔部１３となる焼成前鍔部１３’と、焼成前鍔部１３’より底部側の感知部１１となる焼成前感知部１１’と、焼成前鍔部１３’より開口側の基体部１２となる焼成前基体部１２’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（円筒状）であり、セラミック成形体１’の外周面と内周面とは同心円状に形成されている。
さらに、図２及び図３のように、セラミック成形体１’の外径は焼成前基体部１２’では同寸法であり、焼成前鍔部１３’の直下から焼成前感知部１１’の底部１１１’までは徐々に径が小さくなっている。
また、セラミック成形体１’の内周面１５１’は、図３のように、開口部１２１’から底部１１１’近傍まで軸線方向に沿って延びる延伸内周面１５２’と、延伸内周面１５２’に連続して形成される曲面状の底面１５３’とを有している。尚、延伸内周面１５２’の内径は全面にわたって同径である。なお、本実施例では、延伸内周面１５２’は、開口部１２１’から底部１１１’近傍まで形成されているが、必ずしも底部１１１’近傍まで形成する必要はなく、延伸内周面１５２’から底部１１１’の間を、テーパー状や階段状にすることもできる。
なお、図１〜３における一点鎖線は軸線方向を表す。
【００１３】
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、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。さらに、センサ素子１００の基体部１２の外周面にリード１４２を設ける場合は、セラミック成形体１’の外周面のうちの焼成前基体部１２’と鍔部１３’の所定位置に、導電ペーストを印刷し、乾燥させてリード用パターン１４２’を形成し、その後、焼成することにより設けることができる。
【００１４】
セラミック成形体１’は、図１０のように、開口部１２１’を下方に向けて、セラミック焼結体からなる焼成用鞘２に立設されたセラミック焼結体からなる棒状のピン３を覆うように配置されて焼成される。焼成用鞘２とピン３とは一体に成形された後、焼成されたものでもよく、それぞれを別体として成形された後焼成され、焼成用鞘２となる焼結体にピン３となる焼結体が取り付けられ、又は固定されたものでもよいが、焼成用鞘２とピン３とは別体であることが好ましい。別体にすることにより、セラミック成形体１’の形状、寸法、材質等によって、ピン３の形状、寸法、材質等を適宜変更することできるため、一つの焼成用鞘２で形状、寸法の異なるより多くの種類のセラミック成形体１’を焼成することができる。また、焼成用鞘２上に、複数種類のピンを立設することにより、複数種類のセラミック成形体１’を同時に焼成することができる。さらに、焼成用鞘２とピン３とを異なる種類のセラミック焼結体により作製することもでき、後記のように、多孔質セラミック焼結体からなる焼成用鞘２と、緻密なセラミック焼結体からなるピン３とを組み合わせて用いることもできる。
【００１５】
焼成用鞘２とピン３とが別体である場合、例えば、図４及び図５のように、焼成用鞘２に多数の貫通孔２１が設けられ、図９のように、貫通孔２１にピン３の底部３１が挿入され、ピン３が焼成用鞘２に立設された、いわゆるピンセッターが挙げられる。貫通孔２１は、通常、セッター２の平面方向に等間隔に設けられている。なお、隣り合う貫通孔２１同士の距離は、貫通孔２１に挿通されたピン３にセラミック成形体１’を配置したときに、隣り合うセラミック成形体１’同士が接触することのないように設定される。また、貫通孔２１は、ピン３が焼成用鞘２の上面に対して直角に立設されるように設けられる。なお、焼成用鞘２に形成される貫通孔２１は、底部を有する有底孔であっても良い。
【００１６】
上記「焼成用鞘２」はセラミック焼結体からなる。この焼成用鞘２は、セラミック成形体１’の焼成時に変形、破損等を生じることがなく、且つセラミック成形体１’と化学的に反応しないことが好ましい。焼成用鞘２を構成するセラミック焼結体としては、ムライト、アルミナ、ジルコニア、スピネル等の各種のセラミックの焼結体が挙げられ、ムライト及びアルミナ、特にムライトが好ましい。
【００１７】
また、焼成用鞘２は多孔質体であることが好ましい。多孔質体であれば、セラミック成形体１’の焼成時に、焼成用鞘内で発生する熱応力を緩和することができるため、焼成用鞘２が破損することを十分に抑えることができる。焼成用鞘２が多孔質セラミック焼結体からなる場合、その気孔率は、２０〜４０％であることが好ましい。この気孔率が２０〜４０％であれば、セラミック成形体１’を焼成する際の焼成用鞘２の破損、変形等をより十分に抑えることができる。
なお、焼成用鞘２の気孔率は、焼成用鞘２の断面を走査型電子顕微鏡により観察し、撮影した写真における単位面積当たりの空孔の面積割合（％）として求めることができる。
【００１８】
焼成用鞘２を多孔質体とする方法は特に限定されないが、焼成により焼成用鞘２となるセラミック成形体に予め気孔化剤を配合しておき、これを焼成することにより、気孔化剤が気化して散逸し、空孔が形成されて多孔質体とすることができる。この多孔質体の気孔率は、気孔化剤の種類及びその配合量、並びに焼成条件等によって調整することができる。
【００１９】
上記「ピン３」は、図７のように、底部３１から先端部３２まで同径の棒状体でもよく、図６のように、底部３１の上部に径方向に突出する鍔部３３が設けられていてもよい（図６〜７における一点鎖線は軸線方向を表す。）。このように鍔部３３が設けられておれば、ピン３は、焼成用鞘２に設けられた貫通孔２１の内周面のみでなく、図９及び図１０のように、焼成用鞘２の上面とピン３の鍔部３３の下面とが当接することによっても支持することができ、より安定に取り付けることができる。また、図７のように、鍔部３３が設けられていないピン３を用いたときは、セラミック成形体１’の焼成前基体部１２’の開口側の端面（開口部１２１’）は焼成用鞘２の上面に当接して配置されることになる。一方、鍔部３３が設けられたピン３を用いたときは、特に鍔部３３の径がセラミック成形体１’の焼成前基体部１２’の開口側の端面より大径であれば、図１０のように、セラミック成形体１’の焼成前基体部１２’の開口側の端面（開口部１２１’）をピン３の鍔部３３の上面に当接するようにして配置することもできる。
【００２０】
ピン３はセラミック焼結体からなり、強度が必要であるため緻密体（例えば、相対密度が９０％以上、特に９５％以上のセラミック焼結体）からなる。さらに、このピン３は、セラミック成形体１’の焼成時に変形、折損等をすることがなく、且つセラミック成形体１’と化学的に反応しないことが好ましい。ピン３を構成するセラミック焼結体としては、アルミナ、ジルコニア、スピネル、ムライト等の各種のセラミックの焼結体が挙げられ、アルミナが好ましい。
なお、ピン３の外周面３２１は、図１１のように、セラミック成形体１’の延伸内周面１５２’に対向するように配置される、軸線方向に沿って延びる延伸外周面３２２と、この延伸外周面３２２の先端側に連続して形成される曲面状の先端面３２３とを有している。なお、ピン３のうちの延伸外周面３２２の外径は全面にわたって同径である。
以上、詳述したように、セラミック成形体１’の焼成には、気孔率が２０〜４０％である多孔質セラミック焼結体からなる焼成用鞘２と、相対密度が９０％以上、特に９５％以上の緻密度の高いセラミック焼結体からなるピン３とを組み合わせてなるピンセッターを用いることが好ましい。
【００２１】
セラミック成形体１’の形状等は前記のとおりであるが、セラミック成形体１’は、傾いた場合に、その傾きが所定範囲内であると、直立状態に戻ることができるため、ピン３の形状及び寸法は、セラミック成形体１’の傾きがその所定範囲に収まるように設定されていことが好ましい。
【００２２】
また、セラミック成形体１’は、その内周面１５１’とピン３の外周面３２１とが接触することにより、セラミック成形体１’の傾きが上記所定範囲を越えて過度に傾かないようにしてあるが、未焼成体であり、十分な強度を有していないセラミック成形体１’にピン３が接触すると、セラミック成形体１’が変形することがあり、破損することもある。特に、セラミック成形体１’の焼成前感知部１１’は前記のように焼成前基体部１２’及び焼成前鍔部１３’と比べて壁厚が薄く変形、破損し易いため、ピン３がセラミック成形体１’の焼成前感知部１１’に接触しないようにする必要がある。
【００２３】
そこで、ピン３が、セラミック成形体１’の焼成前鍔部１３’より底部側に突出しないように、設定されている。即ち、ピン３の先端が、セラミック成形体１’の焼成前鍔部１３’の上面（底部側の端面）より底部側に突出しない。このため、焼成時、焼成前感知部１１’の内周面とピン３の外周面３２１とが確実に接触しないので、変形、破損等を防止することができる。
また、焼成時に、セラミック成形体１’が倒れてしまうのをより一層防止するために、ピン３の延伸外周面３２２の軸線方向の長さが、セラミック成形体１’の延伸内周面１５２’の内径（例えば、図３においてａで表される。）からピン３の延伸外周面３２２の外径（例えば、図１１においてｂで表される。）を減じた値の８倍以上であることが好ましい。ピン３の延伸外周面３２２の軸線方向の長さが、上記範囲内であれば、焼成時に、セラミック成形体１’が倒れてしまうことがなく、且つ傾いたときに、セラミック成形体１’が直立状態に戻ることができるため、セラミック成形体１’が倒れるまたは傾くことによる破損、変形等がより一層防止される。
尚、ここでいうピン３の延伸外周面３２２の軸線方向の長さとは、セラミック成形体１’の焼成前基体部１２’の開口側の端面（開口部１２１’）が焼成用鞘２の上面に当接しているときは、焼成用鞘２の上面から延伸外周面３２２の先端までの寸法である。また、ピン３に鍔部３３が設けられ、セラミック成形体１’の上記開口部１２１’が鍔部３３の上面に当接しているときは、鍔部３３の上面から延伸外周面３２２の先端までの寸法（例えば、図１１においてｃで表される。）である。
【００２４】
さらに、ピン３の延伸外周面３２２の外径（例えば、図６においてｂで表される。）は、セラミック成形体１’の延伸内周面１５２’の内径（例えば、図３においてａで表される。）の０．６倍以上であることが好ましい。ピン３の延伸外周面３２２の外径が上記範囲内であれば、セラミック成形体１’の過度な傾きがより一層抑えられる。さらに、ピン３の延伸外周面３２２の外径は、焼成後のセラミック成形体１’の延伸内周面１５２’の内径の０．９５倍以下であることが好ましい。これにより、セラミック成形体１’が焼成により収縮しても、生成したセラミック焼結体１とピン３との接触による焼結体の破損、変形等が防止される。このピン３の延伸外周面３２２の外径はセラミック成形体１’の延伸内周面１５２’の内径と上記の相関を有しており、且つ３ｍｍ以上であることがより好ましい。ピン３のうち延伸外周面３２２の外径が３ｍｍ以上であれば、ピン３自身が十分な強度を有し、セラミック成形体１’の焼成時、及び焼成前後の取り扱い時等における折損等を防止することができる。
【００２５】
上記「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。
尚、本発明のセンサ素子１００の製造方法では、焼成工程の他に、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周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、検知電極１４１、基準電極を形成する等の工程を備えている。
【００２６】
また、本発明の方法により製造したセンサ素子１００は、各種ガスセンサに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】
【００２７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
［１］セラミック焼結体の作製
（１）セラミック成形体
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、表１に記載の所定の内径を有する成形体を作製した。また、成形体の外周面を研削して、所定形状のセラミック成形体を作製した（図２及び図３参照）。次いで、セラミック成形体の外周面のうちの焼成前感知部の底部側から焼成前鍔部にかけての所定位置にセラミック成形体と同様の組成の凹凸材を塗布し、その後、凹凸材の塗布面に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、乾燥させて、リード用パターンを形成した。
なお、セラミック成形体の焼成前鍔部より開口側の焼成前基体部の外径は９ｍｍ、焼成前鍔部の外径は１１ｍｍであり、焼成前鍔部より底部側の焼成前感知部の底部は球面状であり、その外径は５ｍｍであった。
【００２８】
（２）ピンセッター
上記のようにして作製したセラミック成形体を、焼成用鞘にピンを立設させてなるピンセッターを用いて焼成し、セラミック成形体の倒れが発生するか否かを評価した。
焼成用鞘は、気孔率が３０％の多孔質ムライト焼結体からなり、平面形状は縦横が各々１２５ｍｍの正方形であり、厚さは５０ｍｍであって、図４のように、直径４ｍｍの貫通孔が等間隔に１０５個設けられている。また、ピンは相対密度が９８％の緻密なアルミナ焼結体からなり、図６のように、鍔部が設けられており、鍔部の直径は１１ｍｍ、厚さは３ｍｍであり、他の部分の直径及び長さは表１に記載のとおりである。
【００２９】
（３）焼成
上記（１）のようにして作製した内径の異なるセラミック成形体を各々１０５個、上記（２）のようなピンセッターに立設されたピンそれぞれを覆うように配置し、ピンセッターとセラミック成形体とを焼成炉に収容し、大気雰囲気下、１５００℃で２時間焼成し、セラミック成形体の倒れが発生するか否かを評価した。
なお、センサ素子は、セラミック成形体が焼成されてなる素子本体の外周面及び内周面の各々の所定位置に、それぞれ検知電極及び基準電極を設けることにより製造することができる。
結果を表１に併記する。
【００３０】
【表１】
2008256476.tif 000003
【００３１】
表１の結果によれば、ピンの延伸外周面の外径がセラミック成形体の延伸内周面の内径の０．６倍以上であるという相関、及びピンの延伸外周面の長さが（セラミック成形体の延伸内周面の内径−ピンの延伸外周面の外径）の０．８倍以上であるという相関とをともに満たす実験例３、４及び６では、セラミック成形体の倒れは発生しなかった。一方、上記の相関がいずれも満たされていない実験例１、並びにピンの延伸外周面の外径がセラミック成形体の延伸内周面の内径の０．６倍以上であるという相関は満たすものの、ピンの延伸外周面の長さが（セラミック成形体の延伸内周面の内径−ピンの延伸外周面の外径）の０．８倍以上であるという相関を満たさない実験例２及び５では、セラミック成形体の倒れが発生した。
【００３２】
［２］酸素センサ
本発明の方法により製造されるセンサ素子は、例えば、図１２（一点鎖線は軸線方向を表す。）のように、酸素センサに組み込まれて用いられる。
この酸素センサ２００は、酸素センサ素子１００、ヒータ４及び主体金具５等を備える。ヒータ４は棒状のセラミックヒータであり、酸素センサ素子２００の内部に挿入されている。主体金具５は、その外周面に酸素センサ２００を排気管等の取付部に取り付けるためのねじ部５１と、排気管の取付部に取り付ける際に取付金具をあてがうための突出部５２とを有し、突出部５２の先端面には、ガスケットＧが配設されている。また、主体金具５の先端側には、酸素センサ素子１００の検知部を保護するプロテクタ６が取り付けられており、このプロテクタ６には、被測定ガスを導入するための複数のガス透過口６１が設けられている。そして、主体金具５の後端側には、ガス導入孔を有するステンレス鋼製の内筒部材７が取付けられている。この内筒部材７の内側には、セパレータ７１が形成されており、このセパレータ７１には、酸素センサ素子１００の各々の電極及びヒータ４のそれぞれに対応するリード線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が内装されている。更に、リード線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、外筒部材８の後端側に固定されたゴム製のグロメット９を貫通して外部に導出されている
【００３３】
酸素センサ２００は、ねじ部５１より先端側が排気管内等に位置し、ねじ部５１より後端側が外部の大気中に位置した状態で使用される。酸素センサ素子１００は、その内部に挿入されたヒータ４により加熱され活性化される。そして、基準ガスとしての大気は酸素センサ素子１００の内側に導入され、一方、酸素センサ素子１００の外側にはプロテクタ６に設けられたガス透過口６１から排気ガスが導入される。これにより、酸素センサ素子１００の内外側の各々の酸素濃度の差に応じた起電力が発生し、この起電力を、排気ガスに含有される酸素濃度の検出信号として取り出し、排気ガスに含有される酸素の濃度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】センサ素子の正面図である。
【図２】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】セッター本体の平面図である。
【図５】図４のセッター本体をＡ−Ａ’でみた断面図である。
【図６】鍔部が設けられたピンの断面図である。
【図７】鍔部が設けられていないピンの断面図である。
【図８】図６の鍔部が設けられたピンがセッター本体に立設されてなるピンセッターの平面図である。
【図９】図８のピンセッターをＢ−Ｂ’でみた断面図である。
【図１０】セラミック成形体が、セッター本体に立設されたピンを覆うように配置された様子を説明するための断面図である。
【図１１】図１０における、セラミック成形体の焼成前基体部の開口側並びに焼成用鞘及びピンの一部を拡大して示す一部断面図である。
【図１２】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】
【００３５】
１００；センサ素子、１；セラミック焼結体、１１；感知部、１２；基体部、１３；鍔部、１４１；検知電極、１４２；リード、１’；セラミック成形体、１１’；焼成前感知部、１１１’；底部、１２’；焼成前基体部、１２１’；開口部、１３’；焼成前鍔部、１４’；リード用パターン、１５’；内部空間、１５１’；内周面、１５２’；延伸内周面、１５３’；底面、２；焼成用鞘、２１；貫通孔、３；ピン、３１；ピンの底部、３２；ピンの先端部、３２１；外周面、３２２；延伸外周面、３２３；先端面、３３；ピンの鍔部、２００；酸素センサ、４；ヒータ、５；主体金具、５１；ねじ部、５２；突出部、Ｇ；ガスケット、６；プロテクタ、６１；ガス透過孔、７；内筒部材、７１；セパレータ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４；リード線、８；外筒部材、９；グロメット。
【図１】
2008256476.tif 000004
【図２】
2008256476.tif 000005
【図３】
2008256476.tif 000006
【図４】
2008256476.tif 000007
【図５】
2008256476.tif 000008
【図６】
2008256476.tif 000009
【図７】
2008256476.tif 000010
【図８】
2008256476.tif 000011
【図９】
2008256476.tif 000012
【図１０】
2008256476.tif 000013
【図１１】
2008256476.tif 000014
【図１２】
2008256476.tif 000015