(57)【要約】【課題】反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータ、及びそれを内蔵したガスセンサ素子、並びにセラミックヒータの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のセラミックヒータ１は、通電により発熱する発熱体１１と、外表面１２１に発熱体１１を印刷してなる第一積層体１２と、該第一積層体１２における発熱体１１が印刷されている側の外表面１２０に積層される第二積層体１３と、第一積層体１２における発熱体１１が印刷されている側と反対側の外表面１２１に設けられる外部電極パッド１４と、該外部電極パッド１４と発熱体１１とを電気的に接続するヒータリード部２１１とを有する。第一積層体１２は、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部１２０を積層してなり、第二積層体１３は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部１３０を積層してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する発熱体と、外表面に上記発熱体を印刷してなる第一積層体と、該第一積層体における上記発熱体が印刷されている側の外表面に積層される第二積層体と、上記第一積層体における上記発熱体が印刷されている側と反対側の外表面に設けられる外部電極パッドと、該外部電極パッドと上記発熱体とを電気的に接続するヒータリード部とを有するセラミックヒータであって、
上記第一積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部を積層してなり、上記第二積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部を積層してな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、上記各第一基板部と上記各第二基板部とは、ともに積層方向における厚みが５００μｍ以下であ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、上記各第一基板部は、上記ヒータリード部と上記外部電極パッドとを電気的に接続するためのスルーホールを有し、積層方向において互いに隣り合う上記第一基板部同士の間には、互いの上記スルーホール同士を電気的に接続するための中間電極が配設されていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項４】
請求項３において、上記スルーホールの直径をＸ、上記中間電極の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つことを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項５】
請求項３又は４において、積層方向において互いに隣り合う上記スルーホール同士は、積層方向に直交する方向において互いにずれた位置に配設されていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項６】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するとともに、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックヒータを内蔵してなることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項７】
通電により発熱する発熱体と、外表面に上記発熱体を印刷してなる第一積層体と、該第一積層体における上記発熱体が印刷されている側の外表面に積層される第二積層体と、上記第一積層体における上記発熱体が印刷されている側と反対側の外表面に設けられる外部電極パッドと、該外部電極パッドと上記発熱体とを電気的に接続するヒータリード部とを有するセラミックヒータを製造する方法であって、
少なくとも互いに同一のセラミック成分を含有させてなる第一基板シートを複数枚形成するとともに、少なくとも互いに同一のセラミック成分を含有させてなる第二基板シートを複数枚形成し、
上記複数の第一基板シートを積層して上記第一積層体を形成する第一積層シートを形成するとともに、上記複数の第二基板シートを積層して上記第二積層体を形成する第二積層シートを形成し、
上記第一積層シートの一方の外表面に、上記発熱体及び上記ヒータリード部を形成するための導体パターンを印刷するとともに、上記第二積層シートを積層して未焼積層体を形成し、
該未焼積層体を焼成してな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、上記各第一基板シートと上記各第二基板シートとは、ともに積層方向における厚みが５００μｍ以下であ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又は８において、上記各第一基板シートは、上記ヒータリード部と上記外部電極パッドとを電気的に接続するためのスルーホールを有し、積層方向において互いに隣り合う上記第一基板シート同士の間には、互いの上記スルーホール同士を電気的に接続するための中間電極を配設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１０】
請求項９において、上記スルーホールの直径をＸ、上記中間電極の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つことを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、積層方向において互いに隣り合う上記スルーホール同士は、積層方向に直交する方向において互いにずれた位置に配設されることを特徴とするセラミックヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電により発熱する発熱体を備えたセラミックヒータ、及びそれを内蔵したガスセンサ素子、並びにセラミックヒータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図４に示すように、酸素イオン伝導性の固体電解質体９３１の一方の表面に設けられた測定電極９３２と、固体電解質体９３１における測定電極９３２が設けられた側と反対側の表面に設けられた基準電極９３３とを有するガスセンサ素子９３が知られている。
【０００３】
また、該ガスセンサ素子９３には、通電により発熱する発熱体９１と、外表面９２０に発熱体９１を印刷してなる第一積層体９２と、該第一積層体９２における発熱体９１が印刷されている側の外表面９２０に積層される第二積層体９３とを有するセラミックヒータ９が内蔵されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、固体電解質体９３１における基準電極９３３が設けられた側の表面に、大気室９３５を形成するための大気室形成層９３６と接着層９３７とを介してセラミックヒータ９が積層されている。
【０００４】
また、第一積層体９２における発熱体９１が印刷されている側と反対側の外表面９２１には、外部電極パッド９１４が設けられている（図示略）。
そして、該外部電極パッド９１４と発熱体９１とは、互いを電気的に接続するヒータリード部（図示略）により接続されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、第一積層体９２を形成するためのセラミックシート及び第二積層体９３を形成するためのセラミックシートのそれぞれにおいて無機成分や有機成分の分布が不均一になることがある。それゆえ、焼成時において、上記セラミックシートの収縮が局所的にばらつくおそれがある。
その結果、セラミックヒータ９に反りが発生するおそれがある。
【０００７】
また、第一積層体９２と第二積層体９３とが、異なるセラミック成分により形成された場合には、焼成時における第一積層体９２のセラミックシートの収縮率と第二積層体９３のセラミックシートの収縮率とが異なることとなる。そのため、焼成により第一積層体９２と第二積層体９３との接合面で収縮ばらつきが生じてしまい、セラミックヒータ９に反りが発生しやすくなってしまうおそれがある。
【０００８】
さらにまた、上記セラミックシートの厚みが大きい場合には、製造段階において該セラミックシートが乾燥するまでに時間がかかり過ぎてしまうおそれがある。このため、セラミックヒータ９の生産効率が低下してしまうおそれがある。
【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、反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータ、及びそれを内蔵したガスセンサ素子、並びにセラミックヒータの製造方法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】
第一の発明は、通電により発熱する発熱体と、外表面に上記発熱体を印刷してなる第一積層体と、該第一積層体における上記発熱体が印刷されている側の外表面に積層される第二積層体と、上記第一積層体における上記発熱体が印刷されている側と反対側の外表面に設けられる外部電極パッドと、該外部電極パッドと上記発熱体とを電気的に接続するヒータリード部とを有するセラミックヒータであって、
上記第一積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部を積層してなり、上記第二積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部を積層してなることを特徴とするセラミックヒータにある（請求項１）。
【００１１】
本発明の作用効果について説明する。
上記第一積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部を積層してなり、上記第二積層体は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部を積層してなる。これにより、セラミックヒータに反りが生じることを抑制することができる。
【００１２】
すなわち、例えば各第一基板部を形成するためのセラミックシートに含まれる無機成分や有機成分の分布が不均一となることがある。これに対して、第一基板部を複数枚積層して第一積層体を形成する構成とすることで、第一積層体全体として無機成分や有機成分の分布の偏りを緩和することができる。つまり、仮に各第一基板部における無機成分や有機成分の分布に偏りが生じても、その分布の偏りの傾向がすべての第一基板部において同じになることは稀であるため、第一基板部を複数枚積層することで、第一積層体全体として分布の偏りを緩和することができる。これにより、第一積層体における局所的な収縮ばらつきの発生を抑制することができる。かかる効果は、第二積層体についても同様である。
その結果、セラミックヒータに反りが生じることを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明においては特に、各第一基板部は同一のセラミック成分からなるとともに、各第二基板部は同一のセラミック成分からなる。このため、各第一基板部の互いの収縮率を略同等なものとすることができ、同様に各第二基板部の互いの収縮率を略同等なものとすることができる。これにより、第一積層体における収縮ばらつきと第二積層体における収縮ばらつきとを抑制することができる。
その結果、セラミックヒータに反りが生じることを十分に抑制することができる。
【００１４】
また、上記構成により、各第一基板部のそれぞれの厚みと各第二基板部のそれぞれの厚みとを小さくすることができる。そのため、製造段階において、第一基板部を形成するためのセラミックシート及び第二基板部を形成するためのセラミックシートの乾燥時間を低減することができる。
その結果、セラミックヒータの生産効率を向上させることができる。
【００１５】
以上のとおり、本発明によれば、反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータを提供することができる。
【００１６】
第二の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するとともに、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミックヒータを内蔵してなることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項６）。
【００１７】
本発明によれば、低コストにて耐久性に優れたガスセンサ素子を得ることができる。すなわち、上記第一の発明（請求項１）に示したセラミックヒータをガスセンサ素子に内蔵することにより、反りが少なく、耐久性に優れたセラミックヒータを備えたガスセンサ素子を提供することができる。
また、上記のように生産効率に優れたセラミックヒータを内蔵させることにより、ガスセンサ素子を低コストにて作製することができる。
これにより、低コストにて耐久性に優れたガスセンサ素子を得ることができる。
【００１８】
第三の発明は、通電により発熱する発熱体と、外表面に上記発熱体を印刷してなる第一積層体と、該第一積層体における上記発熱体が印刷されている側の外表面に積層される第二積層体と、上記第一積層体における上記発熱体が印刷されている側と反対側の外表面に設けられる外部電極パッドと、該外部電極パッドと上記発熱体とを電気的に接続するヒータリード部とを有するセラミックヒータを製造する方法であって、
少なくとも互いに同一のセラミック成分を含有させてなる第一基板シートを複数枚形成するとともに、少なくとも互いに同一のセラミック成分を含有させてなる第二基板シートを複数枚形成し、
上記複数の第一基板シートを積層して上記第一積層体を形成する第一積層シートを形成するとともに、上記複数の第二基板シートを積層して上記第二積層体を形成する第二積層シートを形成し、
上記第一積層シートの一方の外表面に、上記発熱体及び上記ヒータリード部を形成するための導体パターンを印刷するとともに、上記第二積層シートを積層して未焼積層体を形成し、
該未焼積層体を焼成してな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）。
【００１９】
本発明においては、上記複数の第一基板シートを積層して上記第一積層シートを形成するとともに、上記複数の第二基板シートを積層して上記第二積層シートを形成する。これにより、上記第一の発明（請求項１）と同様、セラミックヒータに反りが生じることを抑制することができる。
すなわち、第一積層体と第二積層体とをそれぞれ複数の第一基板シートと複数の第二基板シートとによって構成することにより、第一基板シート及び第二基板シートのそれぞれの厚みを小さくすることができる。そのため、第一の発明と同様、第一積層シートにおける局所的な収縮ばらつきと第二積層シートにおける局所的な収縮ばらつきとを抑制することができる。
【００２０】
また、複数の第一基板シートは互いに同一のセラミック成分を含有させてなり、複数の第二基板シートは互いに同一のセラミック成分を含有させてなる。これにより、焼成時における、第一基板シートの収縮ばらつきと第二基板シートの収縮ばらつきとを抑制することができる。
その結果、セラミックヒータに反りが生じることを抑制することができる。
また、本発明によれば、上記第一の発明と同様、第一基板部の厚みと第二基板部の厚みとを小さくすることができる。その結果、第一基板シートと第二基板シートとの乾燥時間を低減することができ、セラミックヒータの生産効率を向上させることができる。
【００２１】
以上のとおり、本発明によれば、反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータの製造方法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】
【００２２】
第一の発明（請求項１）、及び第二の発明（請求項６）において、第一積層体と第二積層体とは同一のセラミック成分からなることが好ましい。
また、第三の発明（請求項７）において、第一積層シートと第二積層シートとは同一のセラミック成分からなることが好ましい。
このような構成とすることで、セラミックヒータの反りの発生を一層抑制することができる。
【００２３】
第二の発明において、上記ガスセンサ素子としては、例えば、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用するＡ／Ｆセンサに内蔵するＡ／Ｆセンサ素子、排気ガス中の酸素濃度を測定するＯ2センサ素子、排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ素子等がある。
【００２４】
第一の発明において、上記各第一基板部と上記各第二基板部とは、ともに積層方向における厚みが５００μｍ以下であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、第一基板部の厚みと第二基板部の厚みとを十分に小さくすることにより、焼成時において、第一積層体と第二積層体とに反りが生じることを十分に抑制することができる。
なお、上記厚みは、生産性や強度の観点から２００μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、上記各第一基板部は、上記ヒータリード部と上記外部電極パッドとを電気的に接続するためのスルーホールを有し、積層方向において互いに隣り合う上記第一基板部同士の間には、互いの上記スルーホール同士を電気的に接続するための中間電極が配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ヒータリード部と外部電極パッドとの電気的導通を十分に図ることができる。すなわち、スルーホールにおける充填材の外表面は陥没するなどして整いにくく、隣り合う第一基板シート同士の接合面において互いの充填材同士が接合不良となりやすい。そこで、上記のように中間電極を設けることで互いのスルーホール同士を容易に電気的に接続することができる。
【００２６】
第三の発明において、上記各第一基板シートと上記各第二基板シートとは、積層方向における厚みが５００μｍ以下であることが好ましい（請求項８）。
この場合には、第二の発明と同様、第一基板シートの厚みと第二基板シートの厚みとを十分に小さくすることにより、第一積層体と第二積層体とに反りが発生することを十分に抑制することができる。
なお、上記厚みは、生産性や強度の観点から２００μｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
また、上記各第一基板シートは、上記ヒータリード部と上記外部電極パッドとを電気的に接続するためのスルーホールを有し、積層方向において互いに隣り合う上記第一基板シート同士の間には、互いの上記スルーホール同士を電気的に接続するための中間電極を配設することが好ましい（請求項９）。
この場合には、請求項３と同様、ヒータリード部と外部電極パッドとの電気的導通を十分に図ることができる。
【００２８】
また、上記スルーホールの直径をＸ、上記中間電極の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つことが好ましい（請求項４、請求項１０）。
この場合には、ヒータリード部と外部電極パッドとの電気的導通を十分に確保することができる。すなわち、焼成時における収縮によって積層方向に直交する方向にスルーホールの位置が若干ずれても、上記のように中間電極を形成すれば、ヒータリード部と外部電極パッドとを確実に接続することができる。これにより、ヒータリード部と外部電極パッドとの電気的導通を十分に確保することができる。
【００２９】
また、積層方向において互いに隣り合う上記スルーホール同士は、積層方向に直交する方向において互いにずれた位置に配設することが好ましい（請求項５、請求項１１）。
この場合には、ヒータリード部と外部電極パッドとの電気的導通を一層確保することができる。すなわち、積層方向において互いに隣り合う第一基板部同士に形成されるスルーホール同士が積層方向に直交する方向において同一の位置にある場合には、焼成等によってヒータリード部と外部電極パッドとにおけるスルーホールの充填材の外表面が陥没することがある。これに対して、スルーホール同士の位置をずらすことで、ヒータリード部と外部電極パッドとにおける、上記充填材の外表面が陥没することを抑制することができる。
【実施例】
【００３０】
本発明の実施例に係るセラミックヒータ、及びそれを内蔵したガスセンサ素子、並びにセラミックヒータの製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。
セラミックヒータ１は、図１、図２に示すように、通電により発熱する発熱体１１と、外表面１２１に発熱体１１を印刷してなる第一積層体１２と、該第一積層体１２における発熱体１１が印刷されている側の外表面１２１に積層される第二積層体１３とを有する。
【００３１】
そして、第一積層体１２における発熱体１１が印刷されている側と反対側の外表面１２１には、外部電極パッド１４が設けられている。
また、外部電極パッド１４と発熱体１１とは、ヒータリード部１１１によって電気的に接続されている。
【００３２】
第一積層体１２は、図１、図２に示すように、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部１２０を積層してなり、第二積層体１３は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部１３０を積層してなる。
すなわち、本例では、第一積層体１２は二枚の第一基板部１２０を積層してなり、第二積層体１３は二枚の第二基板部１３０を積層してなる。
【００３３】
本例において、セラミックヒータ１は、例えば被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子３に内蔵されている。
該ガスセンサ素子３として、例えば、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサに内蔵するＡ／Ｆセンサ素子、排気ガス中の酸素濃度を測定するＯ2センサ素子、排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ素子等がある
【００３４】
ガスセンサ素子３は、セラミックヒータ１のほか、図１、図２に示すように、酸素イオン伝導性の固体電解質体３１と、該固体電解質体３１の一方の外表面３１１に配設してなる測定電極３２と、固体電解質体３１の他方の外表面３１１に配設してなる基準電極３３とからなるセンシング部３０を有する。
【００３５】
また、固体電解質体３１における測定電極３２を配設した側の外表面３１１には、被測定ガスを導入するための多孔質拡散抵抗層３４と該多孔質拡散抵抗層３４の周りに配設されたスペーサー３４０とを介して、例えばアルミナ等からなる遮蔽層３５が積層されている。
また、測定電極３２及び基準電極３３は、図２に示すように、それぞれリード部３２１、３３１と接続されている。
該リード部３２１、３３１は、スペーサー３４０と遮蔽層３５とに形成された導通孔３９を介して電極端子３８と電気的に接続されている。
【００３６】
一方、固体電解質体３１における基準電極３３を配設した側の外表面３１１には、接着層３７を介して大気を導入するための大気室３６０を形成する大気室形成層３６が積層されている。
そして、大気室形成層３６における固体電解質体３１が積層されている側と反対側の外表面３６１にはセラミックヒータ１が積層されている。
【００３７】
次に、セラミックヒータ１について詳細に説明する。
なお、本発明において、同一のセラミック成分であるとは、第一基板部１２０を例にとると、一つの第一基板部１２０がアルミナにより形成されている場合には、他のすべての第一基板部１２０も、上記一つの第一基板部１２０と同様の含有量のアルミナにより形成されていることをいい、また、一つの第一基板部１２０がジルコニアとアルミナとにより形成されている場合には、他のすべての第一基板部１２０も、上記一つの第一基板部１２０と同様の含有量のジルコニアと同様の含有量のアルミナとにより形成されていること等をいう。
【００３８】
本例では、第一基板部１２０と第二基板部１３０とは、互いに同一のセラミック成分であるアルミナを含有させてなる。すなわち、セラミックヒータ１は、上記のように第一基板部１２０同士、第二基板部１３０同士だけではなく、第一基板部１２０と第二基板部１３０との双方が、同一のセラミック成分であるアルミナにより形成されている。
【００３９】
各第一基板部１２０と各第二基板部１３０とは、ともに積層方向における厚みが５００μｍ以下である。
各第一基板部１２０は、図１〜図３に示すように、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４とを電気的に接続するためのスルーホール１２２を有する。
そして、積層方向において互いに隣り合う第一基板部１２０同士の間には、図３に示すように、互いのスルーホール１２２同士を電気的に接続するための中間電極１２３が配設されている。
【００４０】
また、図１、図３に示すように、このスルーホール１２２の直径をＸ、中間電極１２３の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つよう中間電極１２３が構成されている。
また、積層方向において互いに隣り合うスルーホール１２２同士は、積層方向に直交する方向において互いにずれた位置に配設されている。
【００４１】
次に、本例のセラミックヒータ１、及びガスセンサ素子３の製造方法について、図２を用いて説明する。
まず、第一基板部１２０を形成するための第一基板シート２２０と、第二基板部１３０を形成するための第二基板シート２３０とを、互いに同一成分のアルミナ粉末と、少なくとも、溶剤としてのエタノール、酢酸イソアミルと、バインダとしてのポリビニルブチラールとを含有したアルミナペーストを用いて、それぞれ複数枚形成する。
【００４２】
また、ここで、各第一基板シート２２０は、積層方向における厚みが３００μｍ以下となるよう成形するとともに、各第二基板シート２３０も、積層方向における厚みが３００μｍ以下となるよう成形する。
なお、第一基板シート２２０及び第二基板シート２３０の厚みは、生産性や強度の観点から２００μｍ以上とすることが好ましい。
また、各第一基板シート２２０に、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４とを電気的に接続するためのスルーホール１２２を形成する。
【００４３】
次いで、複数の第一基板シート２２０を積層して第一積層体１２を形成する第一積層シート２２を形成するとともに、複数の第二基板シート２３０を積層して第二積層体１３を形成する第二積層シート２３を形成する。
具体的には、本例においては、第一積層シート２２は、二枚の第一基板シート２２０を積層してなり、第二積層シート２３は、二枚の第二基板シート２３０を積層してなる。
【００４４】
また、このとき、互いに隣り合う第一基板シート２２０におけるスルーホール１２２同士が、積層方向において互いにずれた位置となるよう配設しておく（図３参照）。
次いで、第一積層シート２２の外表面１２１に、発熱体１１及びヒータリード部１１１を形成するための導体パターン２１を印刷する。
また、第一積層シート２２における導体パターン２１を印刷した側と反対側の外表面１２１に、外部電極パッド１４を形成するためのペースト２４を印刷する。
【００４５】
また、図１〜図３に示すように、積層方向において隣り合う各第一基板シート２２０同士の間において、互いのスルーホール１２２同士を電気的に接続するための中間電極１２３を配設する。
そして、中間電極１２３とスルーホール１２２とは、スルーホール１２２の直径をＸ、中間電極１２３の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つよう構成しておく。
次いで、第一積層シート２２に第二積層シート２３を積層することにより、未焼積層体２を構成する。
【００４６】
また、固体電解質体３１に測定電極３２と基準電極３３とを印刷して、センシング部３０を形成する。
また、固体電解質体３１における測定電極３２を印刷した側の外表面３１１に、多孔質拡散抵抗層３４とスペーサー３４０とを介して遮蔽層３５を積層する。
【００４７】
さらに、固体電解質体３１における基準電極３３を印刷した側の外表面３１１に、接着層３７を介して大気室形成層３６を積層し、これに上記の未焼積層体２を積層してこれら全体を熱圧着して素子積層体を形成する。
その後、該素子積層体を焼成することにより、本例のセラミックヒータ１を有するガスセンサ素子３が形成される。
【００４８】
以下に、本例の作用効果について説明する。
第一積層体１２は、同一のセラミック成分からなる複数の第一基板部１２０を積層してなり、第二積層体１３は、同一のセラミック成分からなる複数の第二基板部１３０を積層してなる。これにより、セラミックヒータ１に反りが生じることを抑制することができる。
【００４９】
すなわち、例えば各第一基板部１２０を形成するためのセラミックシートに含まれる無機成分や有機成分の分布が不均一となることがある。これに対して、第一基板部１２０を複数枚積層して第一積層体１２を形成する構成とすることで、第一積層体１２全体として無機成分や有機成分の分布の偏りを緩和させることができる。つまり、仮に各第一基板部１２０における無機成分や有機成分の分布に偏りが生じても、その分布の偏りの傾向がすべての第一基板部１２０において同じになることは稀であるため、第一基板部１２０を積層してなる第一積層体１２全体として分布の偏りを緩和することができる。これにより、第一積層体１２における局所的な収縮ばらつきの発生を抑制することができる。かかる効果は、第二積層体１３についても同様である。
その結果、セラミックヒータに反りが生じることを抑制することができる。
【００５０】
本例においては特に、各第一基板部１２０は同一のセラミック成分からなるとともに、各第二基板部１３０は同一のセラミック成分からなる。このため、各第一基板部１２０の互いの収縮率を略同等なものとすることができ、同様に各第二基板部１３０の互いの収縮率を略同等なものとすることができる。これにより、第一積層体１２における収縮ばらつきと第二積層体１３における収縮ばらつきとを抑制することができる。
その結果、セラミックヒータ１に反りが生じることを抑制することができる。
【００５１】
また、上述したように、各第一基板部１２０のそれぞれの厚みと各第二基板部１３０のそれぞれの厚みとを小さくすることができる。そのため、製造段階において、第一基板シート２２０及び第二基板シート２３０の乾燥時間を低減することができる。
その結果、セラミックヒータの生産効率を向上させることができる。
【００５２】
各第一基板シート２２０と各第二基板シート２３０とは、積層方向における厚みが３００μｍ以下であり、第一基板シート２２０の厚みと第二基板シート２３０の厚みとを十分に小さくすることができる。そのため、第一積層体１２と第二積層体１３とに反りが発生することを十分に抑制することができる。
なお、厚みは、生産性や強度の観点から２００μｍ以上であることが好ましい。
【００５３】
また、各第一基板シート２２０は、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４とを電気的に接続するためのスルーホール１２２を有し、積層方向において互いに隣り合う第一基板シート１２０同士の間には、互いのスルーホール１２２同士を電気的に接続するための中間電極１２３を配設する。そのため、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４との電気的導通を十分に図ることができる。
【００５４】
また、スルーホール１２２の直径をＸ、中間電極１２３の直径をＹとしたとき、Ｙ≧１．３５Ｘの関係が成り立つため、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４との電気的導通を十分に確保することができる。すなわち、焼成時における収縮によって積層方向に直交する方向にスルーホール１２２の位置が若干ずれても、上記のように中間電極１２３を形成すれば、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４とを確実に接続することができる。これにより、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４との電気的導通を十分に確保することができる。
【００５５】
また、積層方向において互いに隣り合うスルーホール１２２同士は、積層方向に直交する方向において互いにずれた位置に配設されるため、ヒータリード部１１１と外部電極パッド１４との電気的導通を一層確保することができる。すなわち、積層方向において互いに隣り合う第一基板部１２０同士に形成されるスルーホール１２２同士が積層方向に直交する方向において同一の位置にある場合には、ヒータリード部１１１とスルーホール１２２との接合部、又は外部電極パッド１４とスルーホール１２２との接合部において、スルーホール１２２に充填された充填材が陥没することがある。これに対して、上記のように構成することで、ヒータリード部１１１とスルーホール１２２との接合部、又は外部電極パッド１４とスルーホール１２２との接合部において、スルーホール１２２に充填された充填材が陥没することを抑制することができる。
【００５６】
また、本発明によれば、低コストにて耐久性に優れたガスセンサ素子３を得ることができる。すなわち、ガスセンサ素子は高温の環境下にて使用され、熱応力や振動等を受けても損傷が生じにくいガスセンサ素子が求められている。そのため、本例のセラミックヒータ１をガスセンサ素子に内蔵させることにより、反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータ１を備えたガスセンサ素子３を提供することができる。
これにより、低コストにて耐久性に優れたガスセンサ素子３を得ることができる。
【００５７】
以上のとおり、本例によれば、反りの発生を抑制するとともに、生産効率を向上させることができるセラミックヒータ、及びそれを内蔵したガスセンサ素子、並びにセラミックヒータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例における、ガスセンサ素子における軸方向に直交する方向の断面図。
【図２】実施例における、ガスセンサ素子の展開斜視図。
【図３】実施例における、ガスセンサ素子のセラミックヒータ部分における軸方向の断面図。
【図４】従来例における、ガスセンサ素子における軸方向に直交する方向の断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１  セラミックヒータ
１１  発熱体
１２  第一積層体
１２０  第一基板部
１２１  外表面
１３  第二積層体
１３０  第二基板部
１４  外部電極パッド
１５  ヒータリード部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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