(57)【要約】【課題】製造過程において高精度な出力調整を行うことができるガスセンサ素子を提供すること。【解決手段】酸素イオン伝導性の固体電解質体１５と、該固体電解質体１５の一方の面に設けた被測定ガス側電極１６と、固体電解質体１５の他方の面に設けた基準ガス側電極１７と、被測定ガス側電極１６を覆うように固体電解質体１５に積層した遮蔽層１１と、固体電解質体１５と遮蔽層１１との間に配設された多孔質拡散抵抗層１２とを有するガスセンサ素子１。遮蔽層１１には、平均径０．５〜３０μｍの導通孔１１０を設けてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面に設けた被測定ガス側電極と、上記固体電解質体の他方の面に設けた基準ガス側電極と、上記被測定ガス側電極を覆うように上記固体電解質体に積層した遮蔽層と、上記固体電解質体と上記遮蔽層との間に配設された多孔質拡散抵抗層とを有するガスセンサ素子であって、
上記遮蔽層には、平均径０．５〜３０μｍの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２】
請求項１において、上記多孔質拡散抵抗層は、気孔率が５〜１０％であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記多孔質拡散抵抗層は、平均気孔径が０．０５〜０．５μｍであることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記固体電解質体と上記多孔質拡散抵抗層との間には、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室が形成されており、上記多孔質拡散抵抗層の外側面と上記被測定ガス室との間の距離は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記多孔質拡散抵抗層は、１０〜１００μｍ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６】
請求項１〜５のいずれか一項において、上記遮蔽層と上記多孔質拡散抵抗層とは、材質が互いに異な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ガスセンサ素子に関する。
【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等を行うことがある（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良く排気ガスを浄化するためには、車両用内燃機関の燃焼室において空燃比が特定の値となるように制御することが重要である。
【０００３】
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、例えば、排気ガス中の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ、排気ガス中の酸素濃度変動を検出する酸素センサ及び排気ガス中の大気汚染物質であるＮＯｘの濃度を検出する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、Ａ／Ｆセンサ素子、酸素センサ素子、ＮＯｘセンサ素子等のガスセンサ素子９が内蔵され、被測定ガスの濃度検出を担っている。
【０００４】
該ガスセンサ素子９は、図６に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体９５と、該固体電解質体９５の一方の面に設けた被測定ガス側電極９６と、固体電解質体９５の他方の面に形成した基準ガス側電極９７と、被測定ガス側電極９６に面する被測定ガス室９３０とを有する。該被測定ガス室９３０は、多孔質拡散抵抗層９２及び緻密な遮蔽層９１により被覆されている。そして、多孔質拡散抵抗層９２を介して、被測定ガスが被測定ガス室９３０に導入されるよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
近年、上述の排気ガスフィードバックシステムに用いるガスセンサに内蔵されるガスセンサ素子９においては、早期活性及び高精度な出力調整が求められるようになってきている。特に、出力調整を精度良く行うことにより、所望の出力特性を有するガスセンサ素子９を作製することが求められるようになってきている。
【０００６】
ところで、ガスセンサ素子９は、その作製後に、種々の方法により出力調整が行われる。上記方法として、例えば、出力調整用の回路素子をガスセンサ素子９の出力値に応じて選別又は加工するもの、又はガスセンサ素子９の多孔質拡散抵抗層９２を研磨加工等することで被測定ガスの拡散抵抗を変化させるもの等がある。
【０００７】
しかしながら、回路素子を選別又は加工する場合においては、ガスセンサ素子９と回路素子との関係が一意的に決まってしまうため、任意の回路素子との組み合わせが困難となるおそれがある。
また、多孔質拡散抵抗層９２を研磨加工する場合においては、研磨量とガスセンサ素子９の出力値の変化量との関係に、多孔質拡散抵抗層９２の原料及び構造に起因するバラツキが生じるため、複数回の研磨量調整や出力検査を繰り返さなければ出力調整の効果が充分に得られないおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１２−６５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、精度良く出力調整を行うことができる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】
【００１０】
本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面に設けた被測定ガス側電極と、上記固体電解質体の他方の面に設けた基準ガス側電極と、上記被測定ガス側電極を覆うように上記固体電解質体に積層した遮蔽層と、上記固体電解質体と上記遮蔽層との間に配設された多孔質拡散抵抗層とを有するガスセンサ素子であって、
上記遮蔽層には、平均径０．５〜３０μｍの導通孔を設けてなることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。
【００１１】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明の上記ガスセンサ素子は、遮蔽層に上記導通孔を設け、上記固体電解質体と上記遮蔽層との間に上記多孔質拡散抵抗層を設けている。これにより、一つ一つの上記導通孔を設けることによる上記ガスセンサ素子の出力値の変化量を小さくすることができ、上記ガスセンサ素子の出力値を精度良く調整することができる。
【００１２】
即ち、仮に、ガスセンサ素子に多孔質拡散抵抗層が設けられていない場合には、実質的に遮蔽層に設けられた導通孔のみが拡散抵抗を有することとなる。そのため、遮蔽層に平均径０．５〜３０μｍの導通孔を設けることによって、ガスセンサ素子の出力値の変化量が大きくなってしまい、所望の出力値を精度良く発現させることが困難となるおそれがある。
【００１３】
これに対して、本発明の上記ガスセンサ素子においては、被測定ガスは上記導通孔を通過した後、上記多孔質拡散抵抗層をも通過して、上記被測定ガス側電極に達することとなる。このとき、上記導通孔だけではなく、上記多孔質拡散抵抗層も拡散抵抗を有する。それ故、上記導通孔を増設したときの被測定ガスの導入量の変化を小さくすることができ、その結果、上記導通孔を増設したときの上記ガスセンサ素子の出力値の変化量を小さくすることができる。
【００１４】
また、上記導通孔の平均径が０．５〜３０μｍであるため、一つの上記導通孔を通過する被測定ガスの量を充分に抑制することができる。それ故、上記導通孔を一つ増やすことによる上記ガスセンサ素子の出力値の変化量を小さくすることができ、上記ガスセンサ素子の出力値を微調整することができる。その結果、上記ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことができる。
【００１５】
以上のごとく、本発明によれば、精度良く出力調整を行うことができる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】
【００１６】
本発明において、上記導通孔は、レーザー加工等の非接触の微細加工法により形成することが好ましい。この場合には、上記ガスセンサ素子を内蔵させたガスセンサを作動させつつ、上記導通孔を形成することができる。即ち、上記ガスセンサ素子の出力値を測定しつつ、出力調整を行うことができるため、より一層精度良く出力調整を行うことができると共に、出力調整の作業効率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記導通孔が、平均径０．５μｍ未満である場合には、加工寸法が小さすぎるため、上記導通孔の形成が困難となるおそれがある。また、例えば、導通孔をレーザー加工等により形成する場合には、光学マスク等の光学系を最適化することで、平均径０．５μｍ未満の孔加工をすることも可能であるが、上記光学マスク等を用いることにより加工出力が損失するおそれがあるため、孔加工の加工時間が増大し、ガスセンサ素子の出力調整の作業効率が低下してしまうおそれがある。また、導通孔を一つ設けることによるガスセンサ素子の出力値の変化量が過小となり、所望の出力値を得るためにより多くの導通孔を形成する必要が生じるため、ガスセンサ素子の出力調整の作業効率が低下してしまうおそれがある。
【００１８】
また、上記導通孔が平均径３０μｍを超える場合には、導通孔を一つ設けることによるガスセンサ素子の出力値の変化量が過大となるため、出力値の微調整を行うことが困難となるおそれがある。
【００１９】
また、上記多孔質拡散抵抗層は、気孔率が５〜１０％であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記多孔質拡散抵抗層の外側面からの被測定ガスの導入を充分に抑制することができる。即ち、これにより、被測定ガスの導入は、実質的に殆どが上記導通孔を介して行われることとなる。その結果、被測定ガスが被測定ガス側電極に導入されるまでの上記多孔質拡散抵抗層におけるガス導入経路長が、略一律に決定されるため、被測定ガスの濃度変化に対して敏感なガスセンサ素子の応答特性を確保することができる。
【００２０】
一方、上記気孔率が５％未満である場合には、導通孔を通過した被測定ガスも多孔質拡散抵抗層を通過することが困難となるため、所望の出力値を有するガスセンサ素子を得ることが困難となるおそれがある。
また、上記気孔率が１０％を超える場合には、多孔質拡散抵抗層は、拡散抵抗の観点から充分な効果を発揮することができず、上記外側面からの被測定ガスの導入量も多くなるため、導通孔の形成数によるガスセンサ素子の出力値の微調整を行うことが困難となるおそれがある。また、複雑なガス導入経路が形成されるため、ガスセンサ素子の出力特性が不安定となるおそれがある。更に、この場合には、異なった上記ガス導入経路長を通過してきた互いに濃度の異なる被測定ガスが混合することにより、被測定ガスの濃度変化が緩和されてしまうため、ガスセンサ素子の応答特性にも影響を与えるおそれがある。
【００２１】
また、上記多孔質拡散抵抗層は、平均気孔径が０．０５〜０．５μｍであることが好ましい（請求項３）。
この場合には、充分な拡散抵抗を有する上記多孔質拡散抵抗層を得ることができるため、上記ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことができる。
【００２２】
これに対して、上記平均気孔径が０．０５μｍ未満である場合には、多孔質拡散抵抗層の拡散抵抗が増大するため、充分な量の被測定ガスを導入することが困難となり、ガスセンサ素子の出力調整の作業効率が低下してしまうおそれがある。
また、上記平均気孔径が０．５μｍを超える場合には、上記導通孔を介して上記多孔質拡散抵抗層を通過する被測定ガスだけではなく、上記多孔質拡散抵抗層における外側面からの被測定ガスの導入量も無視できなくなり、ガスセンサ素子の応答特性を悪化させるおそれがある。
【００２３】
また、上記固体電解質体と上記多孔質拡散抵抗層との間には、上記被測定ガス側電極が対面する被測定ガス室が形成されており、上記多孔質拡散抵抗層の外側面と上記被測定ガス室との間の距離は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい（請求項４）。
【００２４】
この場合には、上記外側面からの被測定ガスの導入量を充分に少なくすることができる。それ故、ガスセンサ素子の出力値の調整を行うに当っては、上記外側面から導入される被測定ガスの影響を充分に小さくすることができるため、上記ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことができる。
これに対して、上記距離が０．５ｍｍ未満の場合、上記外側面からの被測定ガスの導入量が多くなってしまうため、ガスセンサ素子の出力調整を行うことが困難となるおそれがある。
【００２５】
また、上記多孔質拡散抵抗層は、１０〜１００μｍの厚みを有することが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記多孔質拡散抵抗層が、充分な拡散抵抗を有するため、上記導通孔を増設したときの上記ガスセンサ素子の出力値の変化量を充分に小さくすることができ、上記ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことができる。
【００２６】
これに対して、上記厚みが１０μｍ未満である場合には、多孔質拡散抵抗層の拡散抵抗が小さくなりすぎるため、導通孔を一つ設けることによる出力値の変化量が大きくなり、ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことが困難となるおそれがある。また、加工の精度によっては、多孔質拡散抵抗層を貫通してしまうおそれがある。
【００２７】
また、上記厚みが１００μｍを超える場合には、多孔質拡散抵抗層の拡散抵抗が過大となるため、導通孔形成によるガスセンサ素子の出力値の変化量が小さくなってしまい、出力値の微調整を行うことが困難となるおそれがある。それ故、出力調整の作業効率が低下し、ひいては、ガスセンサ素子の生産効率が低下してしまうおそれがある。
また、所望の出力値を得るべく導通孔を大量に形成する必要が生じ、遮蔽層の強度が低下してしまうおそれがある。
【００２８】
また、上記遮蔽層と上記多孔質拡散抵抗層とは、材質が互いに異なることが好ましい（請求項６）。
この場合には、レーザー加工等による上記導通孔の形成が容易となる。即ち、レーザー加工等を行うに当り、光学観測系を併設することにより、上記遮蔽層と上記多孔質拡散抵抗層との境界を容易に検出することができる。そのため、レーザー照射の停止位置を精度良く検出することができ、上記多孔質拡散抵抗層に損傷を与えることなく、上記遮蔽層に上記導通孔を容易に形成することができる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
本例の発明にかかるガスセンサ素子、及びその製造方法につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例のガスセンサ素子１は、例えば、自動車エンジン等の内燃機関の空燃比制御等に利用される積層型空燃比センサに内蔵されている。
【００３０】
本例のガスセンサ素子１は、図１、図２に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体１５と、該固体電解質体１５の一方の面に設けた被測定ガス側電極１６と、固体電解質体１５の他方の面に設けた基準ガス側電極１７と、被測定ガス側電極１６を覆うように固体電解質体１５に積層した遮蔽層１１と、固体電解質体１５と遮蔽層１１との間に配設された多孔質拡散抵抗層１２とを有する。
そして、遮蔽層１１には、平均径０．５〜３０μｍの導通孔１１０を設けてなる。
【００３１】
また、多孔質拡散抵抗層１２は、気孔率が５〜１０％であると共に、平均気孔径が０．０５〜０．５μｍであり、更に、１０〜１００μｍの厚みｔを有する。
また、固体電解質体１５と多孔質拡散抵抗層１２との間には、図１に示すごとく、被測定ガス側電極１６が対面する被測定ガス室１３０が形成されており、多孔質拡散抵抗層１２の外側面１２１と、被測定ガス室１３０との間の距離ｄは、０．５ｍｍ以上である。
また、遮蔽層１１と多孔質拡散抵抗層１２とは、材質が互いに異なる。
【００３２】
また、図２に示すごとく、固体電解質体１５と多孔質拡散抵抗層１２との間には、白金よりなる被測定ガス側電極１６とこれに接続された電極リード部１６１と電極端子部１６２とを設けてある。
また、同図に示すごとく、固体電解質体１５における被測定ガス側電極１６が配置された側とは反対側の面に、白金よりなる基準ガス側電極１７とこれに接続されたリード部１７１、端子部１７２とが設けてある。また、端子部１７２は、導体が充填されたスルーホール１５０によって被測定ガス側電極１６と同じ面に設けられた端子部１７３と導通している。
【００３３】
図１、図２に示すごとく、このように被測定ガス側電極１６及び基準ガス側電極１７等を配設した固体電解質体１５に対し、電気的絶縁性を有し、かつ緻密でガスを透過させないアルミナセラミックスよりなる基準ガス室形成層１８が積層される。この基準ガス室形成層１８には基準ガス室１８０として機能する溝部１８１が設けてある。基準ガス室１８０には、例えば外気（空気）が基準ガスとして導入されるよう構成されている。
【００３４】
そして、図１、図２に示すごとく、基準ガス室形成層１８にヒータ基板２０が積層される。
図２に示すごとく、このヒータ基板２０には通電により発熱する発熱体１９、該発熱体１９に通電するためのリード部１９１が基準ガス室形成層１８と対面するよう設けてあり、またこれら発熱体１９やリード部１９１を設けた面とは反対側の面に端子部１９２が設けてある。
端子部１９２とリード部１９１との間は、導体を充填したスルーホール２００により導通している。
【００３５】
次に、本例のガスセンサ素子１の製造方法につき、図１、図３を用いて説明する。
まず、ヒータ基板２０、基準ガス室形成層１８、固体電解質体１５、絶縁層１４、被測定ガス室形成層１３、遮蔽層１１及び多孔質拡散抵抗層１２を形成するためのグリーンシートをそれぞれ作製しておく。
【００３６】
このとき、多孔質拡散抵抗層１２形成用のグリーンシートは、焼成することにより、気孔率が５〜１０％、平均気孔径が０．０５〜０．５μｍの気孔を有すると共に、厚みｔが１０〜１００μｍである多孔質拡散抵抗層１２を形成することができるよう構成しておく。
また、焼成して多孔質拡散抵抗層１２を形成する際に外側面１２１と被測定ガス室１３０との距離ｄが０．５ｍｍ以上となるように、多孔質拡散抵抗層１２形成用のグリーンシートを構成しておく。
また、遮蔽層１１形成用のグリーンシートと、多孔質拡散抵抗層１２形成用のグリーンシートとは、互いに異なる材質よりなる。
【００３７】
そして、上記各グリーンシートの所定の位置に、発熱体１９、基準ガス側電極１７及び被測定ガス側電極１６を形成するための印刷部及び上記多孔質拡散抵抗層１２形成用のグリーンシートを積層配置すると共に、各グリーン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、図３に示すような焼成体１０を得る。
この段階では、焼成体１０の遮蔽層１１には導通孔１１０が設けられていない。
【００３８】
本例では、遮蔽層１１にレーザー照射を行うことにより導通孔１１０を形成する。
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１０の遮蔽層１１の表面１１１における照射位置１１２に照射する。
このとき、レーザー発信器３と焼成体１０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１１２に結ばれるような凸レンズ３２を配置するが、該凸レンズ３２は可動式で焦点を変更できるよう構成されている。
【００３９】
ここで、レーザー発信器３は、例えば、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とすることができる。また、例えば、スリット３１０の幅は１５０μｍで、凸レンズ３２は倍率３０倍とすることができる。
【００４０】
レーザー発信器３として、上述のエキシマレーザーの他に、例えば、チタンサファイアレーザー等のフェムト秒パルス発振レーザーを用いることもできる。該フェムト秒パルス発振レーザーによる加工は、熱加工の影響を大幅に抑制することができるため、セラミック焼成体の研削加工時に発生が懸念されるクラッキングを抑えた微細加工を実現することができる。
【００４１】
導通孔１１０を形成する手順としては、図３に示すごとく、レーザー発信器３からマスク３１及び凸レンズ３２を介して照射位置１１２にレーザー３０を当てる。レーザー３０は、マスク３１で絞られ凸レンズ３２で収束される。
ここで、遮蔽層１１と多孔質拡散抵抗層１２とは、互いに異なる材質により形成されている。本例では、遮蔽層１１はジルコニアよりなり、多孔質拡散抵抗層１２はアルミナよりなる。
また、本例のレーザー発信器３には、光学観測系を併設してある。
【００４２】
レーザー３０が遮蔽層１１の照射位置１１２に当ると、光学観測系により、遮蔽層１１の材料の構成元素であるジルコニウムに基づく発光スペクトルを観測することができる。一方、レーザー３０が、遮蔽層１１を貫通し多孔質拡散抵抗層１２に照射されると、光学観測系により、多孔質拡散抵抗層１２の材料の構成元素であるアルミニウムに基づく発光スペクトルを観測することができる。
【００４３】
そして、本例においては、光学観測系により、ジルコニウムに基づく発光スペクトルとして、例えば、波長３４３．８ｎｍ、アルミニウムに基づく発光スペクトルとして、例えば、波長３０９．３ｎｍを観測できるように構成してある。これにより、波長３４３．８ｎｍで発光スペクトルが観測されている場合は、ジルコニウムよりなる遮蔽層１１にレーザー照射されていると判断し、一方、波長３０９．３ｎｍで発光スペクトルが観測されている場合は、アルミニウムよりなる多孔質拡散抵抗層１２にレーザー照射されていると判断することができる。
尚、アルミニウムの発光スペクトル波長としては、波長域３９４〜３９７ｎｍで強い発光強度を示すが、ジルコニウムの発光スペクトルとの干渉を避けるべく、３０９．３ｎｍを用いた。
【００４４】
そして、本例では、遮蔽層１１に基づいて観測される発光スペクトルから、多孔質拡散抵抗層１２に基づいて観測される発光スペクトルへと変化したときにレーザー３０の照射を停止するように構成してある。
或いは、３４３．８ｎｍの発光スペクトルの強度が極端に低下した時点で遮蔽層１１をレーザー３０が貫通したと判断することもできる。
【００４５】
これにより、遮蔽層１１を貫通したときにレーザー照射を停止して、遮蔽層１１にのみ導通孔１１０を形成する。そして、所望の出力値が得られるまで、導通孔１１０の形成を繰り返す。
以上の手順により、本例のガスセンサ素子１を得ることができる。
尚、本例に記載した孔加工の応用として、レーザービームを一部走査することにより線状の導通孔を形成することも高精度な出力調整に効果的であると考えられる。
【００４６】
次に、本例の作用効果につき説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、遮蔽層１１に導通孔１１０を設け、固体電解質体１５と遮蔽層１１との間に多孔質拡散抵抗層１２を設けている。これにより、一つ一つの導通孔１１０を設けることによるガスセンサ素子１の出力値の変化量を小さくすることができるため、ガスセンサ素子１の出力値を精度良く調整することができる。
【００４７】
即ち、仮に、ガスセンサ素子１に多孔質拡散抵抗層１２が設けられていない場合には、遮蔽層１１に設けられた導通孔１１０のみが拡散抵抗を有することとなる。そのため、遮蔽層１１に平均径０．５〜３０μｍの導通孔１１０を設けることによって、ガスセンサ素子１の出力値の変化量が大きくなってしまい、所望の出力値を精度良く発現させることが困難となるおそれがある。
【００４８】
これに対して、本例のガスセンサ素子１においては、被測定ガスは、導通孔１１０を通過した後、多孔質拡散抵抗層１２をも通過して、被測定ガス側電極１６に達することとなる。このとき、導通孔１１０だけではなく、多孔質拡散抵抗層１２も拡散抵抗を有する。それ故、導通孔１１０を増設したときの被測定ガスの導入量の変化を小さくすることができ、その結果、導通孔１１０を増設したときのガスセンサ素子１の出力値の変化量を小さくすることができる。
【００４９】
また、導通孔１１０の平均径が０．５〜３０μｍであるため、一つの導通孔１１０を通過する被測定ガスの量を充分に抑制することができる。それ故、導通孔１１０を一つ増やすことによるガスセンサ素子１の出力値の変化量を小さくすることができ、ガスセンサ素子１の出力値を微調整することができる。その結果、ガスセンサ素子１の出力調整を精度良く行うことができる。
【００５０】
また、本例では、遮蔽層１１に非接触加工法であるレーザー照射を行うことにより導通孔１１０を形成しているため、上記ガスセンサ素子１を内蔵させたガスセンサを作動させつつ、導通孔１１０を形成することができる。即ち、ガスセンサ素子１の出力値を測定しつつ出力調整を行うことができるため、より一層精度良く出力調整を行うことができると共に、出力調整の作業効率を向上させることができる。
【００５１】
また、多孔質拡散抵抗層１２は、気孔率が５〜１０％であるため、多孔質拡散抵抗層１２の外側面１２１からの被測定ガスの導入を充分に抑制することができる。即ち、これにより、被測定ガスの導入は、実質的に殆どが導通孔１１０を介して行われることとなる。更に、その結果、被測定ガスが被測定ガス側電極１６に導入されるまでの多孔質拡散抵抗層１２のガス導入経路長は、実質的に多孔質拡散抵抗層１２の厚みと略同等となるため、被測定ガスの濃度変化に対して敏感なガスセンサ素子１の応答特性を確保することができる。
【００５２】
また、多孔質拡散抵抗層１２は、平均気孔径が０．０５〜０．５μｍであるため、充分な拡散抵抗を有する多孔質拡散抵抗層１２を得ることができる。
また、図１に示すごとく、多孔質拡散抵抗層１２の外側面１２１と被測定ガス室１６との間の距離ｄは、０．５ｍｍ以上であるため、外側面１２１からの被測定ガスの導入量を充分に少なくすることができる。それ故、ガスセンサ素子１の出力値の調整を行うに当って、外側面１２１から導入される被測定ガスの影響を充分に小さくすることができる。
【００５３】
また、多孔質拡散抵抗層１２は、１０〜１００μｍの厚みｔを有するため、多孔質拡散抵抗層１２が、充分な拡散抵抗を有することとなる。そのため、導通孔１１０を増設したときのガスセンサ素子１の出力値の変化量を小さくすることができ、ガスセンサ素子１の出力調整を精度良く行うことができる。
【００５４】
また、遮蔽層１１と多孔質拡散抵抗層１２とは、材質が互いに異なるため、レーザー加工等による導通孔１１０の形成が容易となる。即ち、レーザー加工を行うに当り、光学観測系を併設することにより、遮蔽層１１と多孔質拡散抵抗層１２との境界を容易に検出することができる。そのため、レーザー照射の停止位置を精度良く検出することができ、多孔質拡散抵抗層１２に損傷を与えることなく、遮蔽層１１に導通孔１１０を容易に形成することができる。
【００５５】
以上のごとく、本発明によれば、精度良く出力調整を行うことができるガスセンサ素子を提供することができる。
【００５６】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、遮蔽層１１に導通孔を設けていない３種類のガスセンサ素子（図６参照）において、多孔質拡散抵抗層１２の気孔率と限界電流との関係を調べた例である。
尚、本例において各部の名称に使用した符号は、上記実施例１（図１）において使用した符号に準ずる。
【００５７】
上記３種類のガスセンサ素子としては、それぞれ、多孔質拡散抵抗層１２の厚みｔと、多孔質拡散抵抗層１２の外側面１２１と被測定ガス室１３０との間の距離ｄとを以下のように設定した試料１〜３を用意した。
即ち、試料１として、上記厚みｔが２４０μｍ、上記距離ｄが１．２ｍｍのガスセンサ素子を、試料２として、上記厚みｔが３０μｍ、上記距離ｄが０．９ｍｍのガスセンサ素子を、試料３として、上記厚みｔが２４０μｍ、上記距離ｄが２．５ｍｍのガスセンサ素子を作製した。
そして、これらをＡ／Ｆセンサに内蔵して限界電流を測定した。
【００５８】
尚、Ａ／Ｆセンサは、両電極間に電圧を印加することで得られた電流値に基づいて空燃比を測定する。そして、電圧を印加することで被測定ガス中の酸素が被測定ガス側電極１６の触媒活性によってイオン化し、酸素イオンとなって固体電解質体１５を移動して基準ガス側電極１７に到達することにより電流が流れる。
ここで、印加した電圧と両電極間に流れる電流との関係は単調増加（電圧が増えれば電流も増える）ではなく、一部において電圧が増加しても電流が増加しないフラットな領域が現れる。このフラットな領域での電流を限界電流と呼ぶ。
【００５９】
本例の測定結果を図４に示す。
尚、図４における曲線Ｌ１は試料１における測定結果を、曲線Ｌ２は試料２における測定結果を、曲線Ｌ３は試料３における測定結果をそれぞれ示すものとする。
図４より、曲線Ｌ１（試料１）と曲線Ｌ３（試料３）とを比較した場合、試料１においては、気孔率が６％を超えた場合に限界電流が発生しているのに対し、試料３においては、気孔率が９％を超えなければ限界電流が発生しないことがわかる。即ち、上記距離ｄを大きくする場合には、気孔率を極端に小さくしなくとも、限界電流が発生しないことがわかる。
【００６０】
更に、曲線Ｌ１（試料１）と曲線Ｌ２（試料２）とを比較した場合、気孔率が６％を超えた場合に限界電流が発生する試料１に対し、試料２においては、１２％程度の気孔率としなければ、限界電流が発生しないことがわかる。即ち、上記距離ｄを０．９ｍｍと小さくしても上記厚みｔを３０μｍと充分に小さくする場合には、気孔率がある程度大きくても、限界電流が発生しないことがわかる。
【００６１】
以上の現象は、上記厚みｔを小さくする、或いは、上記距離ｄを大きくすることにより、多孔質拡散抵抗層１２の気孔率を小さくしなくとも、外側面１２１より導入される被測定ガスの量を抑制できることを意味する。例えば、試料２のように上記厚みｔを３０μｍ、上記距離ｄを０．９ｍｍとした場合には、多孔質拡散抵抗層１２の気孔率を５〜１０％程度に設定することにより、外側面１２１からの被測定ガスの被測定ガスの流入量を充分に抑制することができる。この場合においては、外側面１２１から導入される被測定ガスの影響をほとんど受けることがないよう構成することができるため、遮蔽層１１に導通孔１１０を設けることにより、ガスセンサ素子の出力調整を精度良く行うことができる。
【００６２】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、遮蔽層１１に導通孔を設けていない２種類のガスセンサ素子（図６参照）において、多孔質拡散抵抗層１２の外側面１２１と被測定ガス室１３０との間の距離ｄを種々変更して限界電流を測定した例である。
尚、本例において各部の名称に使用した符号は、上記実施例１（図１）において使用した符号に準ずる。
【００６３】
上記２種類のガスセンサ素子として、以下の試料４、試料５を作製した。即ち、多孔質拡散抵抗層１２の気孔率が１０％、かつ、厚みｔが１０μｍのものを試料４として作製した。また、多孔質拡散抵抗層１２の気孔率が１０％、かつ、厚みｔが１００μｍのものを試料５として作製した。
その他は、実施例２と同様である。
【００６４】
測定結果を図５に示す。尚、同図における曲線Ｌ４は試料４における測定結果を、曲線Ｌ５は試料５における測定結果をそれぞれ示すものとする。
図５からわかるように、上記厚みｔが１００μｍである試料５においては、上記距離ｄを０．５ｍｍ以上とすれば限界電流が発生しない。即ち、外側面１２１より導入される被測定ガスの量を充分に抑制することができる。この場合には、外側面１２１より導入される被測定ガスの影響を殆ど受けることがないよう構成することができるため、遮蔽層１１に導通孔１１０を設けることにより、ガスセンサ素子の出力調整を精度よく行うことができる。
【００６５】
また、図５からわかるように、上記厚みｔが１０μｍである試料４においては、上記距離ｄを試料５の場合よりも更に短くして０．２５ｍｍとしても、限界電流が発生しない。
尚、多孔質拡散抵抗層１２の形成し易さ、及び多孔質拡散抵抗層１２の目詰まり防止等の観点から、上記厚みｔは１０μｍ以上とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１における、ガスセンサ素子の断面説明図。
【図２】実施例１における、ガスセンサ素子の斜視展開図。
【図３】実施例１における、導通孔を設けるための方法を示す説明図。
【図４】実施例２における、限界電流と気孔率との関係を示す説明図。
【図５】実施例３における、多孔質拡散抵抗層の外側面と被測定ガス室との間の距離と、限界電流との関係を示す説明図。
【図６】従来例における、ガスセンサ素子の断面説明図。
【符号の説明】
【００６７】
１  ガスセンサ素子
１１  遮蔽層
１２  多孔質拡散抵抗層
１５  固体電解質体
１６  被測定ガス側電極
１７  基準ガス側電極
１１０  導通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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