(57)【要約】【課題】耐久性、生産性に優れたセラミックヒータ及びその製造方法並びにガスセンサ素子を提供すること。【解決手段】ヒータエレメント２１が折り返し状に形成された発熱部２２を有するヒータパターン２と、ヒータパターン２１が形成されたセラミック製のヒータ基板３と、ヒータパターン２を覆うようにヒータ基板３に積層されたセラミック製の被覆基板４とからなるセラミックヒータ１。ヒータ基板３と被覆基板４とは、発熱部２２の外周において互いに接合されている。そして、隣合うヒータエレメント２１の間は、ヒータ基板３と被覆基板４とが互いに接触していない空隙部１１となっている。【選択図】図１
2005310554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなるセラミックヒータであって、
上記ヒータ基板と上記被覆基板とは、上記発熱部の外周において互いに接合されており、
かつ、隣合う上記ヒータエレメントの間は、上記ヒータ基板と上記被覆基板とが互いに接触していない空隙部となっていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】
請求項１において、上記セラミックヒータは、上記発熱部の外周において、上記ヒータ基板から上記被覆基板側に突出した凸部、もしくは、上記被覆基板から上記ヒータ基板側に突出した凸部を設けてなることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記空隙部は、上記ヒータエレメントの厚みの１０％以上の厚みを有することを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、隣合う上記ヒータエレメントは、０．２〜１．０ｍｍの線間幅を有することを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記ヒータエレメントは、０．２〜０．５ｍｍの線幅を有することを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記ヒータエレメントは、１０〜５０μｍの厚みを有することを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項７】
ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなるセラミックヒータを製造する方法であって、
上記ヒータ基板用の第１グリーンシートに上記ヒータパターンを形成すると共に上記発熱部となる部分の外周に凸部を設け、
次いで、上記凸部において接合するように、上記第１グリーンシートに上記被覆基板用の第２グリーンシートを積層して積層体を得、
次いで、該積層体を焼成することを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項８】
請求項７において、上記凸部は、第１グリーンシートにおける上記発熱部が形成される部分を押圧して凹部を形成することにより、該凹部の外側に設けることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項９】
請求項７において、上記凸部は、第１グリーンシートとは別体の第３グリーンシートを、上記発熱部となる部分の外周に積層することにより設けることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項１０】
固体電解質板と該固体電解質板の表面に設けて被測定ガスに曝される被測定ガス側電極及び基準ガスに曝される基準ガス側電極とよりなるセンサセルを有すると共に、一体的にセラミックヒータが積層されているガスセンサ素子において、
上記セラミックヒータは、ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなり、
上記ヒータ基板と上記被覆基板とは、上記発熱部の外周において互いに接合されており、
かつ、隣合う上記ヒータエレメントの間は、上記ヒータ基板と上記被覆基板とが互いに接触していない空隙部となっていることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１１】
請求項１０において、上記セラミックヒータは、上記発熱部の外周において、上記ヒータ基板から上記被覆基板側に突出した凸部、もしくは、上記被覆基板から上記ヒータ基板側に突出した凸部を設けてなることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１２】
請求項１１において、上記空隙部は、上記ヒータエレメントの厚みの１０％以上の厚みを有することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、隣合う上記ヒータエレメントは、０．２〜１．０ｍｍの線間幅を有することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一項において、上記ヒータエレメントは、０．２〜０．５ｍｍの線幅を有することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項において、上記ヒータエレメントは、１０〜５０μｍの厚みを有す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、例えば内燃機関用のガスセンサの加熱用に用いられるセラミックヒータ及びその製造方法並びにこのセラミックヒータを用いたガスセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の内燃機関には、燃焼制御を行うために、排ガス中の酸素濃度等を測定するガスセンサが用いられている。このガスセンサには、通常、測定値のばらつきを防止するために、ガスセンサ素子を加熱するセラミックヒータが内蔵されている。
セラミックヒータ９は、例えば、図１３に示すごとく、セラミック製のヒータ基板９３にヒータパターン９２を形成し、該ヒータパターン９２を覆うようにセラミック製の被覆基板９４を積層してなる。そして、このセラミックヒータ９は、ガスセンサ素子に積層されて一体化される。
【０００３】
近年、排気ガス浄化の要求が一層高まるのに伴い、ガスセンサの早期活性が期待されている。このガスセンサの早期活性を実現するために、ガスセンサ素子の幅を縮小し、ガスセンサ素子のヒートマスを小さくする、もしくはセラミックヒータ９のヒータパターン９２の厚みを大きくして低抵抗化する、という手段が考えられる。これらは、幅の狭いヒータ基板９３上に線幅が細く、線間幅が狭く、厚みの大きいヒータエレメント９２１を折り返し状に形成したセラミックヒータ９を用いることが、ガスセンサの早期活性に有効であることを意味する。
【０００４】
ところが、上記セラミックヒータ９は、上記のごとく、ヒータパターン９２をセラミック製のヒータ基板９３と被覆基板９４とによって挟み込む構成を有する（図１３）。そのため、ヒータエレメント９２１の線間幅が狭いほど、厚みが大きいほど、上記ヒータ基板９３と被覆基板９４とを接合することが困難となる。
即ち、図１３に示すごとく、ヒータ基板９３と被覆基板９４とは、ヒータパターン９２を挟み込みつつ、ヒータエレメント９２１のない部分において互いに接合されるが、ヒータエレメント９２１の線間幅が狭く、厚みが大きいと、上記接合が困難となる。
【０００５】
その結果、上記ヒータ基板９３と被覆基板９４との界面９１においてデラミネーションが発生するおそれがある。これにより、上記ヒータエレメント９２１を雰囲気ガスから遮断することが困難となり、セラミックヒータ９の耐久性を確保することが困難となるおそれがある。
【０００６】
そこで、ヒータパターンに沿った凹溝をヒータ基板に形成し、その凹溝にヒータエレメントを埋設することにより、ヒータ基板と被覆基板とを接合しやすくすることが考えられる（特許文献１参照）。
しかし、上記ヒータパターンが細密化すると、これに沿った凹溝を形成することは困難であり、また、その凹溝の中にヒータパターンを印刷することも困難である。従って、生産性の点で問題が生じるおそれがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２７７２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータ及びその製造方法並びにガスセンサ素子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】
【０００９】
第１の発明は、ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなるセラミックヒータであって、
上記ヒータ基板と上記被覆基板とは、上記発熱部の外周において互いに接合されており、
かつ、隣合う上記ヒータエレメントの間は、上記ヒータ基板と上記被覆基板とが互いに接触していない空隙部となっていることを特徴とするセラミックヒータにある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ヒータ基板と上記被覆基板とは、上記発熱部の外周において互いに接合されており、隣合う上記ヒータエレメントの間は上記空隙部となっている。これにより、上記ヒータ基板と上記被覆基板とを、上記発熱部の外周において強く圧着することができ、両者の界面における密着性を向上させることができる。そのため、上記発熱部を雰囲気ガスから確実に遮断することができ、セラミックヒータの耐久性を向上させることができる。
【００１１】
また、隣合う上記ヒータエレメントの間は上記空隙部となっており、この部分においてはヒータ基板と被覆基板とを互いに接合する必要がない。
そのため、ヒータ基板と被覆基板とを接合する際に、比較的大きな押圧荷重をかける必要がない。それ故、ヒータ基板と被覆基板とを、破損させることなく容易に接合することができる。特に、ヒータエレメントの厚みが大きい場合や線間幅が狭い場合にも、ヒータ基板と被覆基板との接合が容易となる点に、大きな利点がある。
【００１２】
また、隣合う上記ヒータエレメントの間において、ヒータ基板と被覆基板とを接合する必要がないため、例えばヒータ基板にヒータエレメントを埋設するための凹溝を形成するなどの特別な加工を行う必要がない。それ故、製造容易なセラミックヒータを得ることができる。特に、複雑なヒータパターンを形成する際に上記のような特別な加工を必要としないことは、大きな生産性の向上につながる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータを提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなるセラミックヒータを製造する方法であって、
上記ヒータ基板用の第１グリーンシートに上記ヒータパターンを形成すると共に上記発熱部となる部分の外周に凸部を設け、
次いで、上記凸部において接合するように、上記第１グリーンシートに上記被覆基板用の第２グリーンシートを積層して積層体を得、
次いで、該積層体を焼成することを特徴とするセラミックヒータの製造方法にある（請求項７）。
【００１５】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記製造方法においては、上記第１グリーンシートに上記凸部を設け、該凸部において接合するように、上記第１グリーンシートに上記第２グリーンシートを積層する。これにより、上記凸部の内側に形成される隣合うヒータエレメントの間においては、第１グリーンシートと第２グリーンシートとを互いに接触させることなく、上記凸部において、第１グリーンシートと第２グリーンシートとを接合することができる。
【００１６】
これにより、第１グリーンシートと第２グリーンシートとを、上記凸部において強く圧着することができる。それ故、得られるセラミックヒータにおけるヒータ基板と被覆基板との界面における密着性を向上させ、上記発熱部を雰囲気ガスから確実に遮断することができ、セラミックヒータの耐久性を向上させることができる。
【００１７】
また、第１グリーンシートと第２グリーンシートとは、上記凸部において接合すればよいため、比較的大きな押圧荷重をかける必要がない。それ故、第１グリーンシートと第２グリーンシートとを、破損させることなく容易に接合することができる。特に、ヒータエレメントの厚みが大きい場合や線間幅が狭い場合にも、第１グリーンシートと第２グリーンシートとの接合が容易となる点に、大きな利点がある。
【００１８】
また、本製造方法によれば、例えば第１グリーンシートにヒータエレメントを埋設するための凹溝を形成するなどの特別な加工を行う必要がなく、容易にセラミックヒータを製造することができる。特に、複雑なヒータパターンを形成する際に上記のような特別な加工を必要としないことは、大きな生産性の向上につながる。
【００１９】
以上のごとく、本発明によれば、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータの製造方法を提供することができる。
【００２０】
第３の発明は、固体電解質板と該固体電解質板の表面に設けて被測定ガスに曝される被測定ガス側電極及び基準ガスに曝される基準ガス側電極とよりなるセンサセルを有すると共に、一体的にセラミックヒータが積層されているガスセンサ素子において、
上記セラミックヒータは、ヒータエレメントが折り返し状に形成された発熱部を有するヒータパターンと、該ヒータパターンが形成されたセラミック製のヒータ基板と、上記ヒータパターンを覆うように上記ヒータ基板に積層されたセラミック製の被覆基板とからなり、
上記ヒータ基板と上記被覆基板とは、上記発熱部の外周において互いに接合されており、
かつ、隣合う上記ヒータエレメントの間は、上記ヒータ基板と上記被覆基板とが互いに接触していない空隙部となっていることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１０）。
【００２１】
上記ガスセンサ素子は、上記第１の発明（請求項１）にかかるセラミックヒータを用いたガスセンサ素子である。それ故、上述したごとく、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータを有するガスセンサ素子を得ることができ、ひいては、耐久性、生産性に優れたガスセンサ素子を得ることができる。
また、特に、ガスセンサ素子の早期活性を実現すべく、ヒータパターンの厚みが大きく、線間幅が狭いセラミックヒータを用いる場合にも、該セラミックヒータの耐久性、生産性を確保し、ガスセンサ素子の耐久性、生産性を確保することができる。
【００２２】
以上のごとく、本発明によれば、耐久性、生産性に優れたガスセンサ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】
【００２３】
上記第１の発明（請求項１）又は上記第３の発明（請求項１０）において、上記ヒータ基板と上記被覆基板との接合部は、ヒータ基板及び被覆基板の周縁部の全周或いは一部に設けることができる。ただし、上記接合部は、少なくとも発熱部の外周には設ける。
また、上記被覆基板は、上記ヒータエレメントに接触していてもよいし、接触していなくてもよい。
【００２４】
また、上記セラミックヒータは、上記発熱部の外周において、上記ヒータ基板から上記被覆基板側に突出した凸部、もしくは、上記被覆基板から上記ヒータ基板側に突出した凸部を設けてなることが好ましい（請求項２、請求項１１）。
この場合には、上記凸部においてヒータ基板と被覆基板とを接合することができる。これにより、上記凸部の内側に形成された隣合うヒータエレメントの間においては、ヒータ基板と被覆基板とを互いに接触させることなく、上記発熱部の外周においてヒータ基板と被覆基板とを接合することが容易となる。
【００２５】
なお、上記凸部の高さは、上記ヒータエレメントの厚みの８０〜１５０％であることが好ましい。凸部の高さがヒータエレメントの厚みの８０％未満の場合には、ヒータ基板と被覆基板とを、隣合うヒータエレメントの間において互いに接触させることなく、発熱部の外周において接合することが困難となるおそれがある。その結果、デラミネーションの防止が困難となるおそれがある。一方、凸部の高さがヒータエレメントの厚みの１５０％を超える場合には、熱伝導の面で不利となるおそれがある。
【００２６】
また、上記空隙部は、上記ヒータエレメントの厚みの１０％以上の厚みを有することが好ましい（請求項３、請求項１２）。
この場合には、上記ヒータ基板と被覆基板との密着性を向上させることができる。
上記空隙部の厚みがヒータエレメントの厚みの１０％未満の場合には、上記発熱部の外周における上記ヒータ基板と被覆基板との密着性を充分に確保することが困難となるおそれがある。
【００２７】
また、隣合う上記ヒータエレメントは、０．２〜１．０ｍｍの線間幅を有することが好ましい（請求項４、請求項１３）。
この場合には、ヒータパターンの形成を容易に行うことができると共に、上記セラミックヒータ或いはガスセンサ素子のヒートマスを小さくして温度制御性を確保することができる。
上記線間幅が０．２ｍｍ未満の場合には、ヒータパターンの形成が困難となるおそれがある。一方、上記線間幅が１．０ｍｍを超える場合には、上記セラミックヒータ或いはガスセンサ素子の幅が大きくなることによりヒートマスが大きくなり、温度制御性の確保が困難となるおそれがある。その結果、上記ガスセンサ素子の早期活性が困難となるおそれがある。
【００２８】
また、上記ヒータエレメントは、０．２〜０．５ｍｍの線幅を有することが好ましい（請求項５、請求項１４）。
この場合には、ヒータパターンの形成を容易に行うことができると共に、上記セラミックヒータ或いはガスセンサ素子のヒートマスを小さくして温度制御性を確保することができる。
上記線幅が０．２ｍｍ未満の場合には、ヒータパターンの形成が困難となるおそれがある。また、ヒータパターンの抵抗値が大きくなり、温度制御性の確保が困難となるおそれがある。一方、上記線幅が０．５ｍｍを超える場合には、上記セラミックヒータ或いはガスセンサ素子の幅が大きくなることによりヒートマスが大きくなり、温度制御性の確保が困難となるおそれがある。その結果、上記ガスセンサ素子の早期活性が困難となるおそれがある。
【００２９】
また、上記ヒータエレメントは、１０〜５０μｍの厚みを有することが好ましい（請求項６、請求項１５）。
この場合には、セラミックヒータの温度制御性を確保することができる。
上記厚みが１０μｍ未満の場合には、ヒータパターンの抵抗値が大きくなり、温度制御性を確保することが困難となるおそれがある。一方、上記厚みが５０μｍを超える場合には、製造時にヒータエレメント厚さにバラツキが生じ易いとともに、乾燥収縮ムラが発生するおそれがある。
【００３０】
次に、上記第２の発明（請求項７）において、上記凸部は、上記第１グリーンシートにおける、上記ヒータ基板となる部分の周縁部の全周或いは一部に設けることができる。ただし、上記凸部は、少なくとも発熱部となる部分の外周には設ける。
【００３１】
また、上記凸部は、第１グリーンシートにおける上記発熱部が形成される部分を押圧して凹部を形成することにより、該凹部の外側に設けることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記凸部を容易に形成することができる。
なお、上記凹部は、上記発熱部を含むヒータパターンの形成領域の全体に連続形成することが好ましい。これにより、ヒータパターンの形成を容易に行うことができる。
【００３２】
また、上記凸部は、第１グリーンシートとは別体の第３グリーンシートを、上記発熱部となる部分の外周に積層することにより設けることが好ましい（請求項９）。
この場合にも、上記凸部を容易に形成することができる。また、上記第３グリーンシートを第１グリーンシートに積層する前に、上記ヒータパターンを形成することができるため、製造が容易となる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるセラミックヒータ及びその製造方法につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例のセラミックヒータ１は、図１、図５に示すごとく、ヒータパターン２と、該ヒータパターン２が形成されたヒータ基板３と、上記ヒータパターン２を覆うように上記ヒータ基板３に積層された被覆基板４とからなる。上記ヒータパターン２は、図１、図２に示すごとく、ヒータエレメント２１が折り返し状に形成された発熱部２２を有する。また、上記ヒータ基板３及び被覆基板４はセラミック製である。
【００３４】
図５に示すごとく、ヒータ基板３と被覆基板４とは、発熱部２２の外周において互いに接合されている。
そして、隣合うヒータエレメント２１の間は、ヒータ基板３と被覆基板４とが互いに接触していない空隙部１１となっている。
【００３５】
また、上記ヒータ基板３は、発熱部２２の外周において、被覆基板４側に突出した凸部３１を設けてなる。
該凸部３１は、ヒータ基板３の周縁部に設けてある。ただし、図１に示すごとく、発熱部２２の形成部分とは反対側の端部であるヒータ基板３の基端部３２には、凸部３１を設けていない。
また、本例においては、図５に示すごとく、被覆基板４はヒータエレメント２１に接触していない。
【００３６】
上記ヒータパターン２は、図１、図２に示すごとく、上記発熱部２２と連続するリード部２３を有する。該リード部２３には、ヒータパターン２へ電流を供給するための端子部（図示略）が接続されている。
上記発熱部２２を構成するヒータエレメント２１は、リード部２３よりも細く形成されており、その線幅ｗ１は、０．２〜０．５ｍｍである。
また、図２に示すごとく、上記ヒータエレメント２１は、平面視略Ｗ字状に折返された状態で形成されており、隣合うヒータエレメント２１の線間幅ｗ２は、０．２〜１．０ｍｍである。
【００３７】
また、図５に示すごとく、ヒータエレメント２１の厚みｄ１は、１０〜５０μｍである。
また、上記凸部３１の高さｄ２は、ヒータエレメント２１の厚みｄ１よりも大きく、８〜７５μｍである。これにより、ヒータエレメント２１に接触しない状態で被覆基板４がヒータ基板３に積層される。
【００３８】
本例のセラミックヒータ１を製造するにあたっては、まず、図３、図４に示すごとく、発熱部２２となる部分の外周に凸部３１を設けると共にヒータ基板３用の第１グリーンシート３０にヒータパターン２を形成する。
次いで、図５に示すごとく、凸部３１において接合するように、第１グリーンシート３０に被覆基板４用の第２グリーンシート４０を積層して積層体１０を得る。
次いで、該積層体１０を焼成することによりセラミックヒータ１を得る。
【００３９】
以下、上記セラミックヒータ１の製造方法につき、具体的に説明する。
まず、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするスラリーをドクターブレード法によって処理し、厚み０．１〜２．０ｍｍのセラミックシートを成形する。次いで、該セラミックシートに打ち抜きプレスを施し、ヒータ基板３用の第１グリーンシート３０と、被覆基板４用の第２グリーンシート４０とを作製する。なお、これらの第１グリーンシート３０及び第２グリーンシート４０の作製は、押出成形法等により行うこともできる。
【００４０】
次に、押圧治具を用いて第１グリーンシート３０の一部を押圧し、図３に示すごとく、平坦面状の底面３３１を有する凹部３３を形成する。これにより、該凹部３３の外側に上記凸部３１を設ける。
【００４１】
次に、図４に示すごとく、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等の金属を含有した導電性ペーストを、第１グリーンシート３０に形成した凹部３３の底面３３１に印刷し、発熱部２２及びリード部２３（図１、図２参照）からなるヒータパターン２を形成する。
次に、図５に示すごとく、凸部３１において接合するように、第１グリーンシート３０に第２グリーンシート４０を積層して積層体１０を得る。
【００４２】
次に、該積層体１０を１４００〜１６００℃の温度に加熱して焼成し、焼結体を得る。
以上により、本例のセラミックヒータ１を製造する。
なお、端子部や、該端子部とリード部２３とを連通させるためのスルーホール等の形成については、説明を省略した。
【００４３】
次に、本例の作用効果につき説明する。
図５に示すごとく、上記ヒータ基板３と上記被覆基板４とは、上記発熱部２２の外周において互いに接合されており、隣合う上記ヒータエレメント２１の間は空隙部１１となっている。これにより、ヒータ基板３と被覆基板４とを、発熱部２２の外周において強く圧着することができ、両者の界面１２における密着性を向上させることができる。そのため、発熱部２２を雰囲気ガスから確実に遮断することができ、セラミックヒータ１の耐久性を向上させることができる。
【００４４】
また、隣合うヒータエレメント２１の間は空隙部１１となっており、この部分においてはヒータ基板３と被覆基板４とを互いに接合する必要がない。
そのため、ヒータ基板３と被覆基板４とを接合する際に、比較的大きな押圧荷重をかける必要がない。それ故、ヒータ基板３と被覆基板４とを、破損させることなく容易に接合することができる。特に、ヒータエレメント２１の厚みが大きい場合や線間幅が狭い場合にも、ヒータ基板３と被覆基板４との接合が容易となる点に、大きな利点がある。
【００４５】
また、隣合うヒータエレメント２１の間において、ヒータ基板３と被覆基板４とを接合する必要がないため、例えばヒータ基板３にヒータエレメント２１を埋設するための凹溝を形成するなどの特別な加工（特許文献１参照）を行う必要がない。それ故、製造容易なセラミックヒータ１を得ることができる。特に、複雑なヒータパターン２を形成する際に上記のような特別な加工を必要としないことは、大きな生産性の向上につながる。
【００４６】
また、ヒータ基板３は、上記凸部３１を設けてなり、該凸部３１においてヒータ基板３と被覆基板４とが接合される。これにより、凸部３１の内側に形成された隣合うヒータエレメント２１の間においては、ヒータ基板３と被覆基板４とを互いに接触させることなく、発熱部２２の外周においてヒータ基板３と被覆基板４とを接合することが容易となる。
【００４７】
また、ヒータエレメント２１の線幅ｗ１が０．２〜０．５ｍｍであり、線間幅ｗ２が０．２〜１．０ｍｍであるため、ヒータパターン２の形成を容易に行うことができると共に、セラミックヒータ１の幅を小さくすることによりヒートマスを小さくして温度制御性を確保することができる。その結果、本例のセラミックヒータ１をガスセンサ素子に用いた場合、ガスセンサ素子の早期活性を実現することができる（後述する実施例４参照）。
また、ヒータエレメント２１の厚みｄ１が１０〜５０μｍであるため、温度制御性を確保することができると共に、ヒータエレメント２１厚さのバラツキと乾燥収縮ムラの発生を抑えることができる。。
【００４８】
また、上記セラミックヒータ１を製造するに当っては、図３に示すごとく、第１グリーンシート３０に凸部３１を設け、該凸部３１において接合するように、第１グリーンシート３０に第２グリーンシート４０を積層する。これにより、図５に示すごとく、凸部３１の内側に形成される隣合うヒータエレメント２１の間においては、第１グリーンシート３０と第２グリーンシート４０とを互いに接触させることなく、凸部３１において、第１グリーンシート３０と第２グリーンシート４０とを接合することができる。
【００４９】
これにより、第１グリーンシート３０と第２グリーンシート４０とを、凸部３１において強く圧着することができる。それ故、得られるセラミックヒータ１におけるヒータ基板３と被覆基板４との界面１２における密着性を向上させ、発熱部２２を雰囲気ガスから確実に遮断することができ、セラミックヒータ１の耐久性を向上させることができる。
【００５０】
また、第１グリーンシート３０と第２グリーンシート４０とは、凸部３１において接合すればよいため、比較的大きな押圧荷重をかける必要がない。それ故、第１グリーンシート３０と第２グリーンシート４０とを、破損させることなく容易に接合することができる。
また、本製造方法によれば、例えば第１グリーンシート３０にヒータエレメント２１を埋設するための凹溝を形成するなどの特別な加工を行う必要がなく、容易にセラミックヒータ１を製造することができる。
【００５１】
以上のごとく、本例によれば、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータ及びその製造方法を提供することができる。
【００５２】
（実施例２）
本例は、図６、図７に示すごとく、被覆基板４がヒータエレメント２１に接触した状態で、ヒータ基板３に積層されているセラミックヒータ１の例である。
該セラミックヒータ１においては、隣合うヒータエレメント２１の間の空隙部１１は、ヒータエレメント２１の厚みｄ１の１０％以上の厚みを有する。即ち、図７に示すごとく、上記空隙部１１におけるヒータ基板３と被覆基板４との最短距離ｄ３が、ヒータエレメント２１の厚みｄ１の１０％以上である。
【００５３】
また、本例においては、上記凸部３１の高さｄ２は、ヒータエレメント２１の厚みｄ１よりも小さく、３０〜４０μｍである。これにより、被覆基板４（第２グリーンシート４０）をヒータ基板３（第１グリーンシート３０）に積層する際に、被覆基板４（第２グリーンシート４０）がヒータエレメント２１に接触し、押圧する状態となる。そして、被覆基板４（第２グリーンシート４０）が変形して、上記空隙部１１の厚みｄ３が、ヒータエレメント２１の厚みｄ１よりも小さくなる。例えば上記厚みｄ３は２０〜３０μｍとなる。
その他は、実施例１と同様である。
【００５４】
本例の場合には、ヒータエレメント２１が被覆基板４に直接接触することとなるため、伝熱性が向上し、セラミックヒータ１の温度制御性を向上させることができる。
また、空隙部１１の厚みｄ３がヒータエレメント２１の厚みｄ１の１０％以上を確保しているため、ヒータ基板３と被覆基板４との密着性を確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５５】
（実施例３）
本例は、図８〜図１０に示すごとく、セラミックヒータ１を製造するに当たり、第１グリーンシート３０とは別体の第３グリーンシート３１０を、発熱部２２となる部分の外周において第１グリーンシート３０に積層することにより、凸部３１を設ける例である。
【００５６】
以下、本例のセラミックヒータ１の製造方法につき、具体的に説明する。
まず、実施例１と同様に、ヒータ基板３用の第１グリーンシート３０と、被覆基板４用の第２グリーンシート４０とを作製する。また、同様の方法で作製したグリーンシートに開口部３１１を設けた第３グリーンシート３１０を作製する。該第３グリーンシート３１０は、凸部３１用のグリーンシートであり、上記開口部３１１は、ヒータパターン２を三方から囲うことができる形状（図１、図２の凸部３１参照）とする。なお、第３グリーンシート３１０の厚みは、８〜７５μｍ程度である。
【００５７】
次に、図８に示すごとく、導電性ペーストを第１グリーンシート３０に印刷し、ヒータパターン２を形成する。
次に、図９に示すごとく、ヒータパターン２を囲うように、第１グリーンシート３０に、第３グリーンシート３１０を積層する。
次に、図１０に示すごとく、第３グリーンシート３１０に第２グリーンシート４０を積層して積層体１０を得た後、これを焼成し、焼結体を得る。
以上により、本例のセラミックヒータ１を製造する。
なお、本明細書においては、第３グリーンシート３１０により作製した凸部３１も、ヒータ基板３の一部と定義する。
その他、実施例１と同様である。
【００５８】
本例の場合にも、凸部３１を容易に形成することができる。また、上記のごとく、第３グリーンシート３１０を第１グリーンシート３０に積層する前に、ヒータパターン２を形成することができるため、製造が容易となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５９】
（実施例４）
本例は、図１１、図１２に示すごとく、実施例１に示したセラミックヒータ１を用いたガスセンサ素子５の例である。
該ガスセンサ素子５は、固体電解質板５１と該固体電解質板５１の表面に設けて被測定ガスに曝される被測定ガス側電極５５及び基準ガスに曝される基準ガス側電極５６とよりなるセンサセル５０を有する。そして、一体的にセラミックヒータ１が積層されている。
【００６０】
図１１、図１２に示すごとく、固体電解質板５１は、基準ガス室５２０形成用のスペーサ５２を介して、セラミックヒータ１の被覆基板４に積層されている。
また、固体電解質板５１に設けた被測定ガス側電極５５を覆うように、電極保護膜５７が積層される。
固体電解質板５１の他方の面には基準ガス側電極５６が設けてあり、該基準ガス側電極５６は基準ガス室５２０に対面する。
【００６１】
上記被測定ガス側電極５５及び基準ガス側電極５６には出力取出し用のリード部５５１、５６１及び端子５５２、５６２がそれぞれ設けてある。
上記スペーサ５２はコ字状に構成されており、該スペーサ５２とセラミックヒータ１における被覆基板４とによって、基準ガス室５２０が構成される。
また、セラミックヒータ１のヒータ基板３には、ヒータパターン２への通電用の端子部２４が、ヒータパターン２と反対側の面に形成されている。
上記セラミックヒータ１については、実施例１と同様である。
【００６２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例のガスセンサ素子５は、実施例１におけるセラミックヒータ１を用いたガスセンサ素子である。それ故、実施例１において述べたごとく、耐久性、生産性に優れたセラミックヒータ１を得ることができ、ひいては、耐久性、生産性に優れたガスセンサ素子５を得ることができる。
【００６３】
また、ヒータパターン２の厚みが大きく、線間幅が狭いセラミックヒータ１を用いる場合にも、該セラミックヒータ１の耐久性、生産性を確保し、ガスセンサ素子５の耐久性、生産性を確保することができる。これにより、ガスセンサ素子１の早期活性を実現することが容易となる。
以上のごとく、本例によれば、耐久性、生産性に優れたガスセンサを提供することができる。
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】
【００６４】
【図１】実施例１における、セラミックヒータの斜視図。
【図２】実施例１における、ヒータパターンが形成されたヒータ基板の平面図。
【図３】実施例１における、凹部及び凸部を形成した第１グリーンシート（ヒータ基板）の断面説明図。
【図４】実施例１における、第１グリーンシート（ヒータ基板）にヒータパターンを印刷した状態を示す断面説明図。
【図５】実施例１における、第１グリーンシート（ヒータ基板）に第２グリーンシート（被覆基板）を積層した状態を示す断面説明図であって、図２のＡ−Ａ線矢視断面に相当するセラミックヒータの断面説明図。
【図６】実施例２における、セラミックヒータの断面図。
【図７】実施例２における、空隙部の断面図。
【図８】実施例３における、第１グリーンシート（ヒータ基板）にヒータパターンを印刷した状態を示す断面説明図。
【図９】実施例３における、第１グリーンシート（ヒータ基板）に第３グリーンシート（凸部）を積層した状態を示す断面説明図。
【図１０】実施例３における、第３グリーンシート（凸部）に第２グリーンシート（被覆基板）を積層した状態を示す断面説明図であって、セラミックヒータの断面説明図。
【図１１】実施例４における、ガスセンサ素子の展開斜視図。
【図１２】実施例４における、ガスセンサ素子の断面説明図。
【図１３】従来例における、セラミックヒータの断面説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１  セラミックヒータ
１１  空隙部
２  ヒータパターン
２１  ヒータエレメント
２２  発熱部
３  ヒータ基板
３１  凸部
４  被覆基板
５  ガスセンサ素子
【図１】
2005310554.tif 000003
【図２】
2005310554.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005310554.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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