(57)【要約】【課題】ガスセンサ素子の強度を維持することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】ガスセンサ素子の内部導体と電極パッドを電気的に接続する導通路は、該導通路が通る複数の貫通孔が、積層方向に沿って見たときに、それぞれ重ならないように配置されている第１種導通路を有する。【選択図】図４
2010266429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上のセラミック層が積層された長手方向に延びる板状のガスセンサ素子であって、前記ガスセンサ素子の外表面に配置された電極パッドと、前記ガスセンサ素子の内部に設けられた内部導体と該電極パッドとの間に配置された２つ以上のセラミック層のそれぞれに積層方向に沿って貫通する貫通孔と、を有するガスセンサ素子を備えるガスセンサにおいて、
前記ガスセンサ素子は、異なる前記セラミック層に形成されたそれぞれの前記貫通孔を通る導通路により、前記内部導体と前記電極パッドを電気的に接続しており、
前記導通路は、該導通路が通る複数の前記貫通孔が、前記積層方向に沿って見たときに、それぞれ重ならないように配置されている第１種導通路を有する、
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサであって、さらに、
前記電極パッドと外部回路とを接続するために前記電極パッドに接触する端子と、
前記ガスセンサ素子を保持する保持部と、
を備え、
前記端子と前記電極パッドとの接触位置と、前記ガスセンサ素子と前記保持部との保持位置と、の間に前記第１種導通路が配置されている、
ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
第１種導通路が通る複数の前記貫通孔は、前記積層方向に沿って見たときに、少なくとも前記長手方向にずらして配置されている、
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、さらに、複数の前記電極パッドを有すると共に、前記ガスセンサ素子の外表面をなして複数の前記電極パッドと接する最外層を備え、
前記最外層には、複数の前記貫通孔が形成されており、
前記最外層に形成された複数の前記貫通孔のうち、該貫通孔の間の距離が最も短いペアを形成する２つの前記貫通孔を通る２つの前記導通路のそれぞれが、前記第１種導通路である、
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサであって、
前記最外層に形成された複数の前記貫通孔を通る複数の前記導通路の全てが、前記第１種導通路である、
ガスセンサ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子の前記長手方向と垂直な仮想断面を見たときに、各セラミック層のそれぞれにおいて、前記貫通孔の数は、多くとも１つ以下となる、
ガスセンサ。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記最外層は、アルミナを主成分とし、
前記ガスセンサ素子は、さらに、固体電解質層を有し、
前記最外層に形成された複数の前記貫通孔のうちの２つの前記貫通孔の距離は、該２つの前記貫通孔を通る２つの前記第１種導通路が通る前記固体電解質層に形成された２つの前記貫通孔の距離よりも、短い、
ガスセンサ。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサであって、
前記内部導体は、前記ガスセンサ素子を加熱する発熱抵抗体、及び前記固体電解質層上に設けられ、セルを構成する一対の電極のいずれか一方、の少なくとも１つである、
ガスセンサ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項６に記載のガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、さらに、固体電解質層を有し、
前記内部導体は、前記ガスセンサ素子を加熱する発熱抵抗体、及び前記固体電解質層上に設けられ、セルを構成する一対の電極のいずれか一方、の少なくとも１つである、
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、窒素酸化物（ＮＯｘ）や酸素といった特定のガス成分の検出や、特定のガス成分の濃度の測定を行うガスセンサが利用されている。このようなガスセンサとしては、複数のセラミック層（例えば、固体電解質体やアルミナ基板）を積層して得られる長板状のガスセンサ素子を用いたものが、知られている。また、ガスセンサ素子の内部導体（例えば、発熱抵抗体や電極）と、ガスセンサ素子の表面に設けられた電極パッドとを接続する技術として、積層されたセラミック層を貫通する貫通孔（例えば、スルーホールやビアホール）を備えると共に、複数の貫通孔内を導通する導通路を用いて接続する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４０８２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１７０３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内部導体と、ガスセンサ素子の表面に設けられた電極パッドとの間に２つ以上のセラミック層が配置されていると、貫通孔を各セラミック層のそれぞれに設ける必要がある。そして、特許文献１、２のガスセンサでは、ガスセンサ素子を積層方向に沿って見たときに、各セラミック層に設けられたそれぞれの貫通孔が重なる（積層方向に沿って同一直線上に並ぶ）構成となっていた。ところが、このような構成であれば、外部からの衝撃や振動によりガスセンサ素子が振れると、重なった貫通孔を起点にガスセンサ素子にクラック等が生じる虞があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ガスセンサ素子に外部からの衝撃や振動がかかったとしても、クラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子の強度を維持することができる技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］３つ以上のセラミック層が積層された長手方向に延びる板状のガスセンサ素子であって、前記ガスセンサ素子の外表面に配置された電極パッドと、前記ガスセンサ素子の内部に設けられた内部導体と該電極パッドとの間に配置された２つ以上のセラミック層のそれぞれに積層方向に沿って貫通する貫通孔と、を有するガスセンサ素子を備えるガスセンサにおいて、前記ガスセンサ素子は、異なる前記セラミック層に形成されたそれぞれの前記貫通孔を通る導通路により、前記内部導体と前記電極パッドを電気的に接続しており、前記導通路は、該導通路が通る複数の前記貫通孔が、前記積層方向に沿って見たときに、それぞれ重ならないように配置されている第１種導通路を有する、ことを特徴とするガスセンサ。
【０００８】
この構成によれば、第１種導通路を形成する複数の貫通孔は、積層方向に沿って見たときに貫通孔が積層方向と平行な同一直線上に並ばないため、外部からの衝撃や振動によりガスセンサ素子が振れたとしても、クラック等の発生を抑制し、ガスセンサ素子の強度を維持することができる。なお、「積層方向に沿って見たときに、それぞれ貫通孔が重ならない」とは、各セラミック層に形成された貫通孔の位置を最外のセラミック層に積層方向に沿って投影した場合に、各貫通孔が異なる位置に配置されていることを指す（すなわち、投影された各貫通孔が互いに接触しないように配置されている）。なお、前記３つ以上のセラミック層は、発熱抵抗体を支持する支持層と、一対の電極を有する固体電解質層と、を含むことが好ましい。そして、内部導体は、発熱抵抗体及び前記一対の電極のいずれかであることが好ましい。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のガスセンサであって、さらに、前記電極パッドと外部回路とを接続するために前記電極パッドに接触する端子と、前記ガスセンサ素子を保持する保持部と、を備え、前記端子と前記電極パッドとの接触位置と、前記ガスセンサ素子と前記保持部との保持位置と、の間に前記第１種導通路が配置されている、ガスセンサ。
【００１０】
接触位置と保持位置との間に導通路が設けられている場合、接触位置及び保持位置のいずれか一方が外部からの衝撃や振動の影響を受けると、他方が固定端となるガスセンサの振れが発生し、接触位置及び保持位置との間に配置された貫通孔を起点にしたクラック等が発生する虞があるが、この構成によれば、接触位置及び保持位置との間に第１種導通路が配置されるので、外部からの衝撃や振動を受けてガスセンサ素子が振れたとしても、接触位置及び保持位置との間に配置された貫通孔を起点にしたクラック等の発生を抑制し、ガスセンサ素子の強度を維持することができる。なお、前記第１種導通路が通る複数の前記貫通孔の少なくとも１つに関して、前記長手方向の位置が、前記端子と前記電極パッドとの接触位置と、前記ガスセンサ素子と前記保持部との保持位置との間に配置されている態様とすることも好ましい。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載のガスセンサであって、第１種導通路が通る複数の前記貫通孔は、前記積層方向に沿って見たときに、少なくとも前記長手方向にずらして配置されている、ガスセンサ。
【００１２】
この構成によれば、第１種導通路が通る複数の貫通孔が、長手方向とは垂直な方向（ガスセンサ素子の幅方向）に沿って並ばないように配置されるので、第１種導通路を形成する複数の貫通孔に関しては、その幅方向に沿った仮想断面上を見たときに貫通孔の占める割合（面積割合）が過剰に高い部分がガスセンサ素子に生じることを防止できる。従って、外部からの衝撃や振動によりガスセンサ素子が振れたとしても、クラック等の発生を抑制し、ガスセンサ素子の強度を維持することができる。なお、「貫通孔が少なくとも長手方向にずらして配置されている」とは、各セラミック層に形成された貫通孔の位置を最外のセラミック層に投影した場合に、各貫通孔の少なくとも長手方向の位置が互いに異なっていることを意味している。幅方向（長手方向と垂直な方向）に関しては、各貫通孔毎に位置が異なっていてもよく、少なくとも一部の貫通孔の位置が同じであってもよい。例えば、貫通孔が長手方向に平行に同一直線上に配置されていてもよいし、長手方向に平行な直線に鋭角に交わる直線上に配置されていてもよい。
【００１３】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、複数の前記電極パッドを有すると共に、前記ガスセンサ素子の外表面をなして複数の前記電極パッドと接する最外層を備え、前記最外層には、複数の前記貫通孔が形成されており、前記最外層に形成された複数の前記貫通孔のうち、該貫通孔の間の距離が最も短いペアを形成する２つの前記貫通孔を通る２つの前記導通路のそれぞれが、前記第１種導通路である、ガスセンサ。
【００１４】
外部からの衝撃や振動によりガスセンサ素子が振れた際、最外層に形成された距離間隔が最も短い２つの貫通孔を起点してクラック等の発生する可能性が高いが、この構成によれば、距離間隔が最も近くに配置される２つの導通路が、それぞれ第１種導通路であるので、外部からの衝撃や振動を受けてガスセンサ素子が振れたとしても、最外層に形成された距離間隔が最も短い２つの貫通孔を起点したクラック等の発生を抑制し、ガスセンサ素子の強度を維持することができる。
【００１５】
［適用例５］適用例４に記載のガスセンサであって、前記最外層に形成された複数の前記貫通孔を通る複数の前記導通路の全てが、前記第１種導通路である、ガスセンサ。
【００１６】
この構成によれば、すべての貫通孔が積層方向に沿って見たときに積層方向と平行な同一直線状に並ばないため、外部からの衝撃や振動を受けてガスセンサ素子が振れたとしても、クラック等の発生を十分に抑制し、ガスセンサ素子の強度を十分に維持することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例４または適用例５に記載のガスセンサであって、前記ガスセンサ素子の前記長手方向と垂直な仮想断面を見たときに、各セラミック層のそれぞれにおいて、前記貫通孔の数は、多くとも１つ以下となる、ガスセンサ。
【００１８】
この構成によれば、複数のセラミック層のそれぞれにおいて、複数の貫通孔が、仮想断面上に並ばないように配置されるので、その仮想断面上を見たときの貫通孔の占める割合（面積割合）が過剰に高い部分がガスセンサ素子に生じることを防止できる。従って、外部からの衝撃や振動によりガスセンサ素子が振れたとしても、クラック等の発生を十分抑制し、ガスセンサ素子の強度を十分に維持することができる。なお、仮想断面を見たときに、全てのセラミック層の貫通孔の総数（１つの仮想断面が交差する貫通孔の総数）が多くとも１つ以下となることが好ましい。
【００１９】
［適用例７］適用例４ないし適用例６のいずれかに記載のガスセンサであって、前記最外層は、アルミナを主成分とし、前記ガスセンサ素子は、固体電解質層を有し、前記最外層に形成された複数の前記貫通孔のうちの２つの前記貫通孔の距離は、該２つの前記貫通孔を通る２つの前記第１種導通路が通る前記固体電解質層に形成された２つの前記貫通孔の距離よりも、短い、ガスセンサ。
【００２０】
この構成によれば、アルミナを主成分とする最外層の２つの貫通孔よりも、固体電解質体における２つの貫通孔の距離が長いので、固体電解質体を通じた電流のリークを抑制できる。
【００２１】
［適用例８］適用例７に記載のガスセンサであって、前記内部導体は、前記ガスセンサ素子を加熱する発熱抵抗体、及び前記固体電解質層上に設けられ、セルを構成する一対の電極のいずれか一方、の少なくとも１つである、ガスセンサ。
【００２２】
この構成によれば、ガスセンサ素子の発熱抵抗体や電極と、ガスセンサ素子の表面に設けられた電極パッドとを接続する導通路であっても、本発明を用いることができる。なお、適用例８は、適用例１ないし６のいずれかであって、ガスセンサ素子が、さらに、固体電解質層を有する態様に、適用することもできる。
【００２３】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガスセンサ素子、そのガスセンサ素子を含むガスセンサ、等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例としてのガスセンサ２００を示す断面図である。
【図２】ＮＯｘセンサ素子１０の断面図である。
【図３】ＮＯｘセンサ素子１０の分解斜視図である。
【図４】積層方向Ｄ２に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。
【図５】短手方向Ｄ３に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。
【図６】ＮＯｘセンサ素子の別の実施例の分解斜視図である。
【図７】積層方向Ｄ２に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。
【図８】ガスセンサ素子の別の実施例を示す分解斜視図である。
【図９】第１実施例と比較例との荷重評価結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．実験例：
Ｅ．変形例：
【００２６】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサ２００を示す断面図である。このガスセンサ２００は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定する（以下、ガスセンサ２００のことを「ＮＯｘセンサ２００」とも呼ぶ）。図１は、ＮＯｘセンサ２００の長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。以下、図１における下方向（下側）をＮＯｘセンサ２００の先端側ＦＷＤと呼び、図１における上方向（上側）をＮＯｘセンサ２００の後端側ＢＷＤと呼ぶ。
【００２７】
ＮＯｘセンサ２００は、筒状の主体金具１３８と、長手方向Ｄ１に延びる板状形状をなすＮＯｘセンサ素子（ガスセンサ素子１０）１０と、ＮＯｘセンサ素子１０を囲む筒状のセラミックスリーブ１０６と、絶縁コンタクト部材１６６と、６個の接続端子１１０（図１では、４個図示されている）と、を備えている。主体金具１３８の外表面には、排気管に固定されるためのねじ部１３９が形成されている。セラミックスリーブ１０６は、ＮＯｘセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置されている。絶縁コンタクト部材１６６には、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８が形成されている。絶縁コンタクト部材１６６は、コンタクト挿通孔１６８の内壁面がＮＯｘセンサ素子１０の後端部の周囲を取り囲むように、配置されている。各接続端子１１０は、ＮＯｘセンサ素子１０と絶縁コンタクト部材１６６との間に配置されている。
【００２８】
主体金具１３８は、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。主体金具１３８は、ＮＯｘセンサ素子１０の先端が貫通孔１５４の先端側（ＦＷＤ）の外部に配置され、ＮＯｘセンサ素子１０の後端側が貫通孔１５４の後端側（ＢＷＤ）の外部に配置されるように、ＮＯｘセンサ素子１０を貫通孔１５４内に保持している。棚部１５２は、長手方向Ｄ１に垂直な平面に対して傾斜したテーパ面を含んでいる。このテーパ面は、先端側（ＦＷＤ）の直径が、後端側（ＢＷＤ）の直径と比べて小さくなるように、形成されている。
【００２９】
主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、セラミックスリーブ１０６が、この順に先端側から後端側に向かって積層されている。セラミックホルダ１５１、滑石リング１５３、１５６、セラミックスリーブ１０６の全体は、特許請求の範囲における「保持部」に相当する。以下、これらの部材の全体を「保持部１６０」とも呼ぶ。これらの保持の形状は、ぞれぞれ、ＮＯｘセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む環状形状である。なお、ＮＯｘセンサ素子１０は、保持部１６０によって保持されている。
【００３０】
セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されている。セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３とセラミックホルダ１５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００３１】
また、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）の外周には、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。この二重のプロテクタ１４２、１４３は、複数の孔を有する金属（例えば、ステンレスなど）によって形成されており、ＮＯｘセンサ素子１０の突出部分を覆っている。
【００３２】
主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、グロメット１５０が配置されている。グロメット１５０には、リード線挿通孔１６１が形成されている。リード線挿通孔１６１には、６本のリード線１４６が挿通される（図１では５本のリード線１４６のみが示されている）。これらのリード線１４６は、ＮＯｘセンサ素子１０の後端側の外表面に設けられた電極パッド（図示せず）にそれぞれ電気的に接続される。
【００３３】
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたＮＯｘセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、ＮＯｘセンサ素子１０の後端側の表面に形成される電極バッド（図示せず）の周囲に配置される。絶縁コンタクト部材１６６は、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成され、そして、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７を備えている。絶縁コンタクト部材１６６と外筒１４４との間には、保持部材１６９が挿入されている。保持部材１６９は、外筒１４４と鍔部１６７とに接触することによって、絶縁コンタクト部材１６６を外筒１４４の内部に配置する。
【００３４】
図２は、ＮＯｘセンサ素子１０の断面図である。この断面図は、長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。図２において、左方向は先端方向（先端側）ＦＷＤを示し、右方向は後端方向（後端側）ＢＷＤを示している。ＮＯｘセンサ素子１０は、絶縁層１４ｅ、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄをこの順に積層した構造を有する。これらの層は、長手方向Ｄ１とは垂直な積層方向Ｄ２に沿って積層されている。図中では、説明を容易にするために、絶縁層１４ｅが第１固体電解質層１１ａから分離して示されているが、実際には、絶縁層１４ｅは、第１固体電解質層１１ａに積層されている。なお、絶縁層１４ｅ、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが、特許請求の範囲における「セラミック層」に相当し、絶縁層１４ｄ、１４ｅは、特許請求の範囲における「最外層」に相当する。
【００３５】
第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの間には、第１測定室１６が形成されている。第１測定室１６の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体１５ａを介して外部から被測定ガスＧＭが導入される。第１測定室１６の入口とは反対側の端には第２拡散抵抗体１５ｂが配置されている。
【００３６】
第１測定室１６の右側には、第２拡散抵抗体１５ｂを介して第１測定室１６と連通する第２測定室１８が形成されている。第２測定室１８は、第２固体電解質層１２ａを貫通して第１固体電解質層１１ａと第３固体電解質層１３ａとの間に形成されている。
【００３７】
絶縁層１４ｃ、１４ｄの間には、長手方向Ｄ１に沿って延びるヒータ５０が埋設されている。ヒータ５０は、ガスセンサ素子１０を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。ヒータ５０は、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体であり、供給された電力によって熱を生じる。なお、ヒータ５０は、２つの層１４ｃ、１４ｄによって支持されている。ヒータ５０は、特許請求の範囲における「発熱抵抗体」に相当する。
【００３８】
なお、本実施例では、固体電解質層１１ａ、１２ａ、１３ａは、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。絶縁層１４ａ〜１４ｅはアルミナを主成分に用いて形成されており、第１拡散抵抗体１５ａ及び第２拡散抵抗体１５ｂは、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成されている。なお、主成分とは「セラミック層中の主材料の含有量が５０ｗｔ％以上であることを指し、例えば、固体電解質層は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有すること」を指す。固体電解質層と絶縁層との８つの層のうちの６つの層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、原材料のシートを用いて形成されている（例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート）。２つの絶縁層１４ａ、１４ｂは、セラミックシート上へのスクリーン印刷によって形成されている。そして、焼成前の各層を積層して得られる積層体を焼成することによって、ＮＯｘセンサ素子１０が形成される。
【００３９】
ガスセンサ素子１０は、第１ポンピングセル１１と、酸素濃度検出セル１２と、第２ポンピングセル１３とを有している。
【００４０】
第１ポンピングセル１１は、第１固体電解質層１１ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンプ電極１１ｃ、及び、対極である第１対極電極（外側第１ポンプ電極）１１ｂとを備えている。内側第１ポンプ電極１１ｃは第１測定室１６に面している。内側第１ポンプ電極１１ｃ及び外側第１ポンプ電極１１ｂはいずれも白金を主体として形成されており、第１内部電極１１ｃの表面は多孔質体からなる保護層１１ｅで覆われている。また、外側第１ポンプ電極１１ｂは、絶縁層１４ｅのうちの外側第１ポンプ電極１１ｂと対向する部分に埋め込まれた、ガス（例えば、酸素）が通過可能な多孔質１１ｄ（例えば、アルミナ）により覆われている。
【００４１】
酸素濃度検出セル１２は、第２固体電解質層１２ａと、これを挟持するように配置された検知電極１２ｂ及び基準電極１２ｃとを備えている。検知電極１２ｂは内側第１ポンプ電極１１ｃより下流側で第１測定室１６に面している。検知電極１２ｂ及び基準電極１２ｃはいずれも白金を主体として形成されている。
【００４２】
絶縁層１４ｂは、第２固体電解質層１２ａに接する基準電極１２ｃが内部に配置されるように切り抜かれている。その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１７を形成している。酸素濃度検出セル１２に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が第１測定室１６から基準酸素室１７内に送り込まれる。そして、基準酸素室１７内の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室１７は、酸素濃度の基準として利用される。
【００４３】
第２ポンピングセル１３は、第３固体電解質層１３ａと、第３固体電解質層１３ａのうち第２測定室１８に面した表面に配置された内側第２ポンプ電極１３ｂ、及び、対極である第２対極電極（対極第２ポンプ電極１３ｃ）とを備えている。内側第２ポンプ電極１３ｂ及び対極第２ポンプ電極１３ｃはいずれも白金を主体として形成されている。なお、対極第２ポンプ電極１３ｃは、第３固体電解質層１３ａ上における絶縁層１４ｂの切り抜き部に配置され、基準電極１２ｃに対向して基準酸素室１７に面している。第１固体電解質層１１ａ、第２固体電解質層１２ａ、第３固体電解質層１３ａのそれぞれが、特許請求の範囲における「固体電解質層」に相当し、内側第１ポンプ電極１１ｃ及び外側第１ポンプ電極、検知電極１２ｂ及び基準電極１２ｃ、内側第２ポンプ電極１３ｂ及び対極第２ポンプ電極１３ｃは、それぞれ、対応する固体電解質層の「一対の電極」に相当する。
【００４４】
なお、図２には、ＮＯｘセンサ２００（ＮＯｘセンサ素子１０）の制御部ＣＵも示されている。制御部ＣＵには、図１に示す接続端子１１０とリード線１４６とを介して、ヒータ５０と、各電極１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。後述するように、制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。また、制御部ＣＵは、各電極１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃに対して信号を送受信することによって、ＮＯｘセンサ２００（ＮＯｘセンサ素子１０）を制御する。なお、本実施例では、制御部ＣＵは、オペアンプ等を用いて形成された電子回路である。制御部ＣＵを、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータを用いて形成してもよい。
【００４５】
次に、ＮＯｘセンサ素子１０の動作の一例について説明する。まず、エンジンの始動によって制御部ＣＵが起動する。制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。ヒータ５０は、第１ポンピングセル１１、酸素濃度検出セル１２、第２ポンピングセル１３を活性化温度まで加熱する。そして、各セル１１〜１３が活性化温度まで加熱されたことに応じて、制御部ＣＵは、第１ポンピングセル１１に電流を流す。これにより、第１ポンピングセル１１は、第１測定室１６に流入した被測定ガス（排ガス）ＧＭ中の過剰な酸素を内側第１ポンプ電極１１ｃから第１対電極１１ｂへ向かって汲み出す。
【００４６】
制御部ＣＵは、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）が一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）を制御する。酸素濃度検出セル１２の電圧は、検知電極１２ｂにおける酸素濃度を表している。この制御によって、第１測定室１６内の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。
【００４７】
酸素濃度が調整された被測定ガスＧＮは、第２測定室１８に向かってさらに流れる。制御部ＣＵは、第２ポンピングセル１３に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている（酸素濃度検出セル１２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。
【００４８】
制御部ＣＵは、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１８から汲み出すように、第２ポンピングセル１３に第２ポンプ電流を流す。第２ポンプ電流とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるので、電流を検出することによって被測定ガスＧＮ中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００４９】
図３は、ＮＯｘセンサ素子１０の分解斜視図である。図中には、ＮＯｘセンサ素子１０の後端部分が示されている。この図では、２つの絶縁層１４ａ、１４ｂの図示は省略され、６つのセラミック層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄが示されている。
【００５０】
絶縁層１４ｅの外表面には、３つの電極パッドＰｄＰ、ＰｄＱ、ＰｄＲが形成されている（外表面は、第１固体電解質層１１ａと接する面とは反対側の面である）。また、絶縁層１４ｅには、３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ１Ｑ、Ｃ１Ｒが、形成されている。積層方向Ｄ２に沿って見たときに、３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ１Ｑ、Ｃ１Ｒは、３つの電極パッドＰｄＰ、ＰｄＱ、ＰｄＲの内部に、それぞれ、形成されている。なお、各スルーホールが、特許請求の範囲における「貫通孔」に相当する。また、スルーホール内部には、スルーホール導体が形成されているが、スルーホール導体については説明を省略する。
【００５１】
第１固体電解質層１１ａには、２つのスルーホールＣ２Ｐ、Ｃ２Ｑが形成されている。また、２つのセラミック層１４ｅ、１１ａの間には、２つの接続ラインＰＬ１Ｐ、ＰＬ１Ｑが形成されている。第１接続ラインＰＬ１Ｐは、絶縁層１４ｅの第１スルーホールＣ１Ｐと、第１固体電解質層１１ａの第１スルーホールＣ２Ｐとを接続する。第２接続ラインＰＬ１Ｑは、絶縁層１４ｅの第２スルーホールＣ１Ｑと、第１固体電解質層１１ａの第２スルーホールＣ２Ｑとを接続する。また、２つのセラミック層１４ｅ、１１ａの間には、スルーホールＣ１Ｒと外側第１ポンプ電極１１ｂ（図２）とを接続する接続ライン１１ｂＬも形成されている。
【００５２】
第２固体電解質層１２ａには、２つのスルーホールＣ３Ｐ、Ｃ３Ｑが形成されている。また、２つのセラミック層１１ａ、１２ａの間には、２つの接続ラインＰＬ２Ｐ、ＰＬ２Ｑが形成されている。第１接続ラインＰＬ２Ｐは、第１固体電解質層１１ａの第１スルーホールＣ２Ｐと、第２固体電解質層１２ａの第１スルーホールＣ３Ｐとを接続する。第２接続ラインＰＬ２Ｑは、第１固体電解質層１１ａの第２スルーホールＣ２Ｑと、第２固体電解質層１２ａの第２スルーホールＣ３Ｑとを接続する。また、２つのセラミック層１１ａ、１２ａの間には、さらに２つの接続ライン１１ｃＬ、１２ｂＬが形成されている。ポンプ電極ライン１１ｃＬは、内側第１ポンプ電極１１ｃ（図２）と第１固体電解質層１１ａの第１スルーホールＣ２Ｐとを接続する。検知電極ライン１２ｂＬは、検知電極１２ｂ（図２）と第２固体電解質層１２ａの第１スルーホールＣ３Ｐとを接続する。
【００５３】
第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの間には、絶縁層１４ａ（図２）が配置されている。ポンプ電極ライン１１ｃＬは、第１固体電解質層１１ａと絶縁層１４ａとの間に形成されている。検知電極ライン１２ｂＬは、絶縁層１４ａと第２固体電解質層１２ａとの間に形成されている。なお、接続ラインＰＬ２Ｐ、ＰＬ２Ｑが形成されている部分には、絶縁層１４ａが形成されない。すなわち、絶縁層１４ａは、２つの接続ラインＰＬ２Ｐ、ＰＬ２Ｑを避けて、形成される。これにより、各接続ラインＰＬ２Ｐ、ＰＬ２Ｑは、第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの両方に接するように形成される。
【００５４】
第３固体電解質層１３ａには、１つのスルーホールＣ４Ｓが形成されている。また、２つのセラミック層１２ａ、１３ａの間には、３つの接続ライン１２ｃＬ、１３ｃＬ、１３ｂＬが形成されている。第１接続ライン１２ｃＬは、基準電極１２ｃ（図２）と第２固体電解質層１２ａの第２スルーホールＣ３Ｑとを接続する。第２接続ライン１３ｃＬは、対極第２ポンプ電極１３ｃ（図２）と第３固体電解質層１３ａのスルーホールＣ４Ｓとを接続する。第３接続ライン１３ｂＬは、内側第２ポンプ電極１３ｂ（図２）と第２固体電解質層１２ａの第１スルーホールＣ３Ｐとを接続する。
【００５５】
第２固体電解質層１２ａと第３固体電解質層１３ａとの間には、絶縁層１４ｂ（図２）が配置されている。第１接続ライン１２ｃＬは、第２固体電解質層１２ａと絶縁層１４ｂとの間に形成されている。第２と第３の接続ライン１３ｃＬ、１３ｂＬは、絶縁層１４ｂと第３固体電解質層１３ａとの間に形成されている。
【００５６】
絶縁層１４ｃには、１つのスルーホールＣ５Ｓが形成されている。また、第３固体電解質層１３ａと絶縁層１４ｃとの間には、スルーホールＣ５Ｓと、第３固体電解質層１３ａのスルーホールＣ４Ｓとを接続する接続ラインＰＬ４Ｓが形成されている。
【００５７】
絶縁層１４ｄには、３つのスルーホールＣ６Ｓ、Ｃ６Ｔ、Ｃ６Ｕが形成されている。また、絶縁層１４ｄの外表面には、３つの電極パッドＰｄＳ、ＰｄＴ、ＰｄＵが形成されている（外表面は、絶縁層１４ｃと接する面とは反対側の面である）。積層方向Ｄ２に沿って見たときに、３つのスルーホールＣ６Ｓ、Ｃ６Ｔ、Ｃ６Ｕは、３つの電極パッドＰｄＳ、ＰｄＴ、ＰｄＵの内部に、それぞれ、形成されている。
【００５８】
また、絶縁層１４ｃと絶縁層１４ｄとの間には、２つの接続ライン５０Ｌａ、５０Ｌｂが形成されている。第１接続ライン５０Ｌａは、第１スルーホールＣ６Ｔとヒータ５０（図２）とを接続する。第２接続ライン５０Ｌｂは、第２スルーホールＣ６Ｕとヒータ５０とを接続する。
【００５９】
図３には、３つの導通路ＣＬＰ、ＣＬＱ、ＣＬＳが示されている。第１導通路ＣＬＰは、３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐを通る導通路である。第１導通路ＣＬＰは、第１電極パッドＰｄＰから、スルーホールＣ１Ｐ、接続ラインＰＬ１Ｐ、スルーホールＣ２Ｐ、接続ラインＰＬ２Ｐを通って、スルーホールＣ３Ｐへ至る。第１電極パッドＰｄＰは、この第１導通路ＣＬＰによって、内側第１ポンプ電極１１ｃと検知電極１２ｂと内側第２ポンプ電極１３ｂとに共通なパッドとして利用される。
【００６０】
第２導通路ＣＬＱは、３つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ２Ｑ、Ｃ３Ｑを通る導通路である。第２導通路ＣＬＱは、第２電極パッドＰｄＱから、スルーホールＣ１Ｑ、接続ラインＰＬ１Ｑ、スルーホールＣ２Ｑ、接続ラインＰＬ２Ｑを通って、スルーホールＣ３Ｑへ至る。第２電極パッドＰｄＱは、この第２導通路ＣＬＱによって、基準電極１２ｃのパッドとして利用される。
【００６１】
第３導通路ＣＬＳは、３つのスルーホールＣ６Ｓ、Ｃ５Ｓ、Ｃ４Ｓを通る導通路である。第３導通路ＣＬＳは、電極パッドＰｄＳから、スルーホールＣ６Ｓ、スルーホールＣ５Ｓ、接続ラインＰＬ４Ｓを通って、スルーホールＣ４Ｓへ至る。電極パッドＰｄＳは、この第３導通路ＣＬＳによって、対極第２ポンプ電極１３ｃのパッドとして利用される。
【００６２】
図３に示す各接続ラインは、導電材料（例えば、白金やニッケル）で形成されている。各接続ラインは、種々の方法によって形成され得る（例えば、スクリーン印刷）。また、図３に示す各スルーホールは、種々の方法によって形成され得る。例えば、焼成前のセラミックシートに穴を開けることで形成されている。なお、そのスルーホールには、焼成前に導電性ペーストを充填することで、焼成後にスルーホール導体が形成されている。
【００６３】
図４は、積層方向Ｄ２に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。図４には、図３に示された６つのセラミック層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄのそれぞれと、これらのセラミック層を重ね合わせ、５つのセラミック層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃに形成された貫通孔の位置を絶縁層１４ｄに積層方向に沿って投影した投影図と、が示されている。図４には、絶縁層１４ｅから絶縁層１４ｄへ向かう方向に沿って見た場合が示されている。投影図において、黒丸は、絶縁層１４ｅに形成されたスルーホールを示し、２重丸は、絶縁層１４ｄに形成されたスルーホールを示し、破線の丸は、ガスセンサ素子１０の内部に形成されたスルーホールを示している。
【００６４】
絶縁層１４ｅの後端（後端方向ＢＷＤの端）の中央部分には第２電極パッドＰｄＱが形成されている。第２電極パッドＰｄＱから先端方向ＦＷＤにシフトした部分に、２つの電極パッドＰｄＰ、ＰｄＲが形成されている。第１電極パッドＰｄＰは、短手方向Ｄ３の一方側（図４の下）に配置され、第３電極パッドＰｄＲは、短手方向Ｄ３の他方側（図４の上）に配置されている。なお、短手方向Ｄ３は、長手方向Ｄ１と積層方向Ｄ２との両方と垂直な方向を示している。
【００６５】
絶縁層１４ｄの３つの電極パッドＰｄＵ、ＰｄＳ、ＰｄＴは、絶縁層１４ｅの３つの電極パッドＰｄＰ、ＰｄＱ、ＰｄＲと重なる位置に、それぞれ配置されている。
【００６６】
第１導通路ＣＬＰを形成する３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐは、ガスセンサ素子１０の短手方向Ｄ３の一方側（図４の左側）に、長手方向Ｄ１に沿って並んで配置されている。これらのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐは、いずれも、他のスルーホールとは重ならないように、配置されている。第１導通路ＣＬＰは、特許請求の範囲における「第１種導通路」に相当する。このように、第１導通路ＣＬＰをＮＯｘセンサ素子１０に形成すれば、第１種導通路を形成する複数のスルーホールに関しては、積層方向Ｄ２に沿って見たときにスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐが積層方向Ｄ２と平行な同一直線上に並ばないため、外部からの衝撃や振動によりＮＯｘセンサ素子１０が振れたとしても、クラック等の発生を抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の強度を維持することができる。
【００６７】
本実施例では、絶縁層１４ｅのスルーホールＣ１Ｐの先端方向ＦＷＤに、第２固体電解質層１２ａのスルーホールＣ３Ｐが配置されている。そして、このスルーホールＣ３Ｐの先端方向ＦＷＤに、第１固体電解質層１１ａのスルーホールＣ２Ｐが配置されている。このように、第１導通路ＣＬＰを形成する３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐは、長手方向Ｄ１にずらして配置されている。すなわち、第１導通路ＣＬＰ（第１種導通路）を形成する複数のスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐは、短手方向Ｄ３に沿って並ばないように配置される。その結果、第１導通路ＣＬＰを形成する複数のスルーホールに関しては、長手方向Ｄ１と垂直な（短手方向Ｄ３と平行な）仮想断面（例えば、図４のＡ１）を見たときに、スルーホールの占める割合（面積割合）が過剰に高い部分がＮＯｘセンサ素子１０に生じることを防止できる。従って、外部からの衝撃や振動によりＮＯｘセンサ素子１０が振れたとしても、クラック等の発生を抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の強度を維持することができる。なお、絶縁層１４ｅのスルーホールＣ１Ｐの後端方向ＢＷＤには、絶縁層１４ｄのスルーホールＣ６Ｕが配置されている。
【００６８】
第２導通路ＣＬＱを形成する３つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ２Ｑ、Ｃ３Ｑは、ガスセンサ素子１０の後端１０ＢＥの中央部分に、長手方向Ｄ１に沿って並んで配置されている。２つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ３Ｑは、同じ位置に配置されている。残りのスルーホールＣ２Ｑは、２つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ３Ｑの先端方向ＦＷＤに配置されている。
【００６９】
第３導通路ＣＬＳを形成する３つのスルーホールＣ４Ｓ、Ｃ５Ｓ、Ｃ６Ｓも、ガスセンサ素子１０の後端１０ＢＥの中央部分に、長手方向Ｄ１に沿って並んで配置されている。２つのスルーホールＣ５Ｓ、Ｃ６Ｓは、第２導通路ＣＬＱのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ３Ｑと同じ位置に配置されている。残りのスルーホールＣ４Ｓは、第１固体電解質層１１ａのスルーホールＣ２Ｑの先端方向ＦＷＤに、配置されている。
【００７０】
なお、絶縁層１４ｅのスルーホールＣ１Ｒは、短手方向Ｄ３の他方側（図４の上側）に配置されている。絶縁層１４ｄの第１スルーホールＣ６Ｔは、そのスルーホールＣ１Ｒの先端方向ＦＷＤに配置されている。
【００７１】
図４に示すように、長手方向Ｄ１と垂直な（短手方向Ｄ３（長手方向Ｄ１と積層方向Ｄ２との両方と垂直な方向）と平行な）仮想断面（例えば仮想断面Ａ１、Ａ２、Ａ３）を見たときに、６つのセラミック層のそれぞれにおいて、スルーホールの数（１つの仮想断面が交差するスルーホールの数）は、多くとも１つ以下となる。すなわち、６つのセラミック層のそれぞれにおいて、スルーホールは、短手方向Ｄ３に沿って並ばないように、配置される。その結果、仮想断面Ａ１、Ａ２、Ａ３上を見たときのスルーホールの占める割合（面積割合）が過剰に高い部分がＮＯｘセンサ素子１０に生じることを防止できる。従って、外部からの衝撃や振動によりＮＯｘセンサ素子１０が振れたとしても、クラック等の発生を十分抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の強度を十分に維持することができる。
【００７２】
図５は、スルーホールＣ１Ｐを通る長手方向に沿った断面（図４のＡ４−Ａ４断面）を短手方向Ｄ３に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。図５には、ガスセンサ素子１０のうちの、後端の一部分と、保持部１６０（セラミックスリーブ１０６）によって保持された部分とが、示されている。図５には、図３に示された６つのセラミック層が示されている。そして、これらのセラミック層に設けられたスルーホールも図示されている。
【００７３】
図中には、６つの接続端子１１０Ｐ、１１０Ｑ、１１０Ｒ、１１０Ｓ、１１０Ｔ、１１０Ｕのそれぞれの一部が示されている。これらの接続端子１１０Ｐ、１１０Ｑ、１１０Ｒ、１１０Ｓ、１１０Ｔ、１１０Ｕは、電極パッドＰｄＰ、ＰｄＱ、ＰｄＲ、ＰｄＳ、ＰｄＴ、ＰｄＵ（図４）と、それぞれ接している。なお、６つの接続端子１１０Ｐ、１１０Ｑ、１１０Ｒ、１１０Ｓ、１１０Ｔ、１１０Ｕは、図１中では共通の符号「１１０」で表されている。
【００７４】
図示された位置ＣＰ１は、接続端子１１０Ｐ〜１１０Ｕと電極パッドＰｄＰ〜ＰｄＵとの６つ接触位置のうちの、長手方向Ｄ１の位置が最も保持部１６０に近い位置を示している。本実施例では、４つの接続端子１１０Ｐ、１１０Ｒ、１１０Ｔ、１１０Ｕは、４つの電極パッドＰｄＰ、ＰｄＲ、ＰｄＴ、ＰｄＵと、それぞれ、この位置ＣＰ１で接する。
【００７５】
図中の長手方向Ｄ１の第１範囲Ｒ１は、ＮＯｘセンサ素子１０と保持部１６０との保持位置（特に、保持位置における最も位置ＣＰ１に近い位置）から、位置ＣＰ１までの範囲を示している。本実施例では、第１導通路ＣＬＰ（図３、図４）が通る３つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐが、第１範囲Ｒ１内に配置されている。この理由は、以下の通りである。例えば、外部からの衝撃や振動の影響を受けると、接続端子１１０によって、ＮＯｘセンサ素子１０の位置ＣＰ１に力がかかる。この際、保持部１６０により保持される位置が固定端となるガスセンサの振れが発生する。この際、第１範囲Ｒ１内に配置されたスルーホールを起点にクラック等が発生する虞がある。そこで、複数のセラミック層を貫通する導通路をこのような第１範囲Ｒ１内に形成する場合には、本実施例のように、第１導通路ＣＬＰを形成することが好ましい。こうすれば、積層方向Ｄ２に沿って見たときに、第１範囲Ｒ１内において或るスルーホールを他のスルーホールと重ねて配置する場合と比べて、外部からの衝撃や振動を受けてＮＯｘセンサ素子１０が振れたとしても、第１範囲Ｒ１内に配置されたスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐを起点にしたクラック等の発生を抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の耐衝撃性を向上させることができる。また、ＮＯｘセンサ素子１０の強度を維持しつつ、このような第１範囲Ｒ１に導通路を形成することができるので、ＮＯｘセンサ素子１０の設計の自由度を高めることができる。また、スルーホールを、ＮＯｘセンサ素子１０の内部の接続対象（例えば、内側第１ポンプ電極１１ｃや内側第２ポンプ電極１３ｂ）に近づけることができる。その結果、スルーホールと接続対象とを接続するラインの長さを短くすることができる。これにより、ラインの形成に要する材料を節約することができる。
【００７６】
なお、本実施例では、位置ＣＰ１からみて保持部１６０とは反対側（位置ＣＰ１の後端方向ＢＷＤ）には、保持部は設けられていない。従って、位置ＣＰ１よりも後端方向ＢＷＤの第２範囲Ｒ２では、第１範囲Ｒ１と比べて、例えば、外部からの衝撃や振動の影響がＮＯｘセンサ素子１０の位置ＣＰ１に力がかかったとしても、第２範囲Ｒ２のＮＯｘセンサ素子１０は振れに追従し、スルーホールを起点にクラック等が発生しにくい。そこで、図４に示すように、本実施例では、ＮＯｘセンサ素子１０の後端１０ＢＥにおいて、積層方向Ｄ２に沿って見たときに、４つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ３Ｑ、Ｃ５Ｓ、Ｃ６Ｓが重なっている。これらの４つのスルーホールを重ねたとしても、外部からの衝撃や振動を受けてＮＯｘセンサ素子１０が振れたとしても、スルーホールを起点にしたクラック等の発生を抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の耐衝撃性の過剰な低下は防止できる。また、隣接する２層のスルーホールを重ねることにより、２層間を延びる接続ラインを用いずに、重ねられたスルーホールを容易に接続することができる。
【００７７】
Ｂ．第２実施例：
図６は、ＮＯｘセンサ素子の別の実施例の分解斜視図である。図３に示す第１実施例のＮＯｘセンサ素子１０との差違は、４つある。第１の差違は、検知電極１２ｂのために、導通路ＣＬＶと電極パッドＰｄＶとが形成されている点である。第２の差違は、内側第２ポンプ電極１３ｂのために、導通路ＣＬＷと電極パッドＰｄＷとが形成されている点である。第３の差違は、接続ラインＰＬ２ＰとスルーホールＣ３Ｐとが省略されている点である。第４の差違は、３つのスルーホールＣ３Ｑ、Ｃ５Ｓ、Ｃ６Ｓのそれぞれの長手方向Ｄ１の位置が、他のスルーホールと重ならない位置に、シフトされている点である。他の構成は、図３に示す第１実施例のＮＯｘセンサ素子１０と同じである。なお、このＮＯｘセンサ素子１０Ａは、図１に示すガスセンサ２００において、第１実施例のガスセンサ素子１０の代わりに利用することができる。この場合には、追加された２つの電極パッドＰｄＶ、ＰｄＷにそれぞれ接する２つの接続端子が追加される。そして、８つの接続端子にそれぞれ接続された８本のリード線１４６が、利用される。
【００７８】
まず、導通路ＣＬＶについて説明する。絶縁層１４ｅの外表面には、電極パッドＰｄＶが形成されている。この電極パッドＰｄＶは、第２電極パッドＰｄＱの短手方向Ｄ３の一方側（図６の手前側）に配置されている。また、絶縁層１４ｅには、スルーホールＣ１Ｖが形成されている。このスルーホールＣ１Ｖは、電極パッドＰｄＶの内に配置され、電極パッドＰｄＶに接続されている。隣の第１固体電解質層１１ａには、スルーホールＣ２Ｖが形成されている。２つのセラミック層１４ｅ、１１ａの間には、これら２つのスルーホールＣ１Ｖ、Ｃ２Ｖを接続する接続ラインＰＬ１Ｖが形成されている。第１固体電解質層１１ａの反対側では、スルーホールＣ２Ｖに、検知電極ライン１２ｂＬが接続されている。導通路ＣＬＶは、２つのスルーホールＣ１Ｖ、Ｃ２Ｖを通る導通路である。電極パッドＰｄＶは、この導通路ＣＬＶによって、検知電極１２ｂのパッドとして利用される。
【００７９】
次に、導通路ＣＬＷについて説明する。絶縁層１４ｄの外表面には、電極パッドＰｄＷが形成されている。この電極パッドＰｄＷは、電極パッドＰｄＵの後端方向ＢＷＤに配置されている。絶縁層１４ｄには、スルーホールＣ６Ｗが形成されている。このスルーホールＣ６Ｗは、電極パッドＰｄＷの内に配置され、電極パッドＰｄＷに接続されている。隣の絶縁層１４ｃには、スルーホールＣ５Ｗが形成されている。２つのセラミック層１４ｃ、１４ｄの間には、これら２つのスルーホールＣ５Ｗ、Ｃ６Ｗを接続する接続ラインＰＬ５Ｗが形成されている。絶縁層１４ｃの隣の第３固体電解質層１３ａには、スルーホールＣ４Ｗが形成されている。２つのセラミック層１３ａ、１４ｃの間には、２つのスルーホールＣ４Ｗ、Ｃ５Ｗを接続する接続ラインＰＬ４Ｗが形成されている。第３固体電解質層１３ａの反対側では、スルーホールＣ４Ｗに、第３接続ライン１３ｂＬが接続されている。導通路ＣＬＷは、３つのスルーホールＣ４Ｗ、Ｃ５Ｗ、Ｃ６Ｗを通る導通路である。電極パッドＰｄＷは、この導通路ＣＬＷによって、内側第２ポンプ電極１３ｂのパッドとして利用される。
【００８０】
次に、導通路ＣＬＳａについて説明する。本実施例では、絶縁層１４ｄのスルーホールＣ６Ｓは、図３に示す位置よりも先端方向ＦＷＤにシフトしている。また、絶縁層１４ｃのスルーホールＣ５Ｓの長手方向Ｄ１の位置は、２つのスルーホールＣ４Ｓ、Ｃ６Ｓの間に設定されている。２つのセラミック層１４ｃ、１４ｄの間には、２つのスルーホールＣ５Ｓ、Ｃ６Ｓを接続する接続ラインＰＬ５Ｓが形成されている。導通路ＣＬＳａは、３つのスルーホールＣ４Ｓ、Ｃ５Ｓ、Ｃ６Ｓを通る導通路である。電極パッドＰｄＳは、この導通路ＣＬＳａによって、対極第２ポンプ電極１３ｃのパッドとして利用される。
【００８１】
次に、導通路ＣＬＱａについて説明する。本実施例では、第２固体電解質層１２ａのスルーホールＣ３Ｑは、図３に示す位置よりも先端方向ＦＷＤにシフトしている。他の構成は、図３に示す第２導通路ＣＬＱと同じである。
【００８２】
図７は、積層方向Ｄ２に沿ってみたスルーホールの位置を示す説明図である。図中には、図４と同様に、ＮＯｘセンサ素子１０Ａの投影図が示されている。図中の黒丸は、絶縁層１４ｅに形成されたスルーホールを示し、２重丸は、絶縁層１４ｄに形成されたスルーホールを示している。
【００８３】
図示するように、本実施例では、積層方向Ｄ２に沿って見たときに、全てのスルーホールは、それぞれ、他のスルーホールと重ならないように配置されている。すなわち、複数の層のスルーホールを通る全ての導通路ＣＬＰ、ＣＬＱａ、ＣＬＶ、ＣＬＳａ、ＣＬＷは、それぞれ、特許請求の範囲における「第１種導通路」に相当する。これにより、すべての貫通孔が積層方向Ｄ２に沿って見たときに積層方向（長手方向Ｄ１と短手方向Ｄ３との両方と垂直な方向）と平行な同一直線上に並ばないため、外部からの衝撃や振動を受けてＮＯｘセンサ素子が振れたとしても,クラック等の発生を十分に抑制し、ガスセンサ素子の強度を十分に維持することができる。
【００８４】
また、全ての導通路ＣＬＰ、ＣＬＱａ、ＣＬＶ、ＣＬＳａ、ＣＬＷのそれぞれに関して、共通の導通路に導通する複数のスルーホールの長手方向Ｄ１の位置は、互いに異なっている。従って、ＮＯｘセンサ素子１０Ａの強度を、図４に示すＮＯｘセンサ素子１０の強度と比べて、強めることができる。
【００８５】
さらに、絶縁層１４ｅの４つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ１Ｑ、Ｃ１Ｒ、Ｃ１Ｖの任意のペアのうちの距離が最も近いペアは、第１ペアＰＲ１（スルーホールＣ１Ｖ、Ｃ１Ｑ）である。第１距離ＤＴ１は、この第１ペアＰＲ１のスルーホールＣ１Ｖ，Ｃ１Ｑの間の最短距離を示している。絶縁層１４ｄの４つのスルーホールＣ６Ｓ、Ｃ６Ｔ、Ｃ６Ｕ、Ｃ６Ｗの任意のペアのうちの距離が最も近いペアは、第２ペアＰＲ２（スルーホールＣ６Ｔ、Ｃ６Ｕ）である。第２距離ＤＴ２は、この第２ペアＰＲ２のスルーホールＣ６Ｔ、Ｃ６Ｕの間の最短距離を示している。本実施例では、ＤＴ１＜ＤＴ２であることと仮定している。従って、絶縁層１４ｅあるいは絶縁層１４ｄに形成されたスルーホールのペアのうちのスルーホールの間の距離が最も短いペアは、第１ペアＰＲ１である。本実施例では、このような第１ペアＰＲ１を形成する２つのスルーホールＣ１Ｑ、Ｃ１Ｖは、互いに異なる第１種導通路ＣＬＱａ、ＣＬＶに、それぞれ導通している。従って、距離間隔が最も近くに配置される２つの導通路ＣＬＱ、ＣＬＶが、それぞれ第１種導通路であるので、外部からの衝撃や振動を受けてＮＯｘセンサ素子が振れたとしても、最外層に形成された距離間隔が最も短い２つの貫通孔を起点にしたクラック等の発生を抑制し、ＮＯｘセンサ素子１０の強度を維持することができる。
【００８６】
さらに、図７には、第３距離ＤＴ３が示されている。この第３距離ＤＴ３は、第１固体電解質層１１ａの２つのスルーホールＣ２Ｑ、Ｃ２Ｖの間の最短距離を示している。本実施例では、ＤＴ３＞ＤＴ１であることと仮定している。このように、第３距離ＤＴ３が長いので、２つのスルーホールＣ２Ｑ、Ｃ２Ｖの間の固体電解質層１１ａを通じた電流のリークを抑制することができる。さらに、第１距離ＤＴ１（２つのスルーホールＣ１Ｖ，Ｃ１Ｑの間の距離）が短いので、２つの電極パッドＰｄＱ、ＰｄＶを近くに形成することができる。従って、これらの電極パッドＰｄＱ、ＰｄＶに接する接続端子の配置に要するスペースを小さくすることができる。このような特徴を有する２つの導通路の組み合わせは、２つの導通路ＣＬＱ、ＣＬＶの組み合わせに限らず、他の組み合わせを採用してもよい。
【００８７】
さらに、図７には、位置ＣＰ１と第１範囲Ｒ１とが示されている。位置ＣＰ１と第１範囲Ｒ１の意味は、図５に示す位置ＣＰ１と第１範囲Ｒ１の意味と、それぞれ同じである。図示するように、第１導通路ＣＬＰを形成する２つのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐのそれぞれの長手方向Ｄ１の位置は、第１範囲Ｒ１内に設定されている。従って、本実施例のＮＯｘセンサ素子１０Ａは、上述のＮＯｘセンサ素子１０と同様の種々の利点を有する。
【００８８】
Ｃ．第３実施例：
図８は、ガスセンサ素子の別の実施例を示す分解斜視図である。図８には、図３と同様の分解斜視図が示されている。本実施例のガスセンサ素子１０Ｂは、空燃比を測定する空燃比センサである。この空燃比センサの構成は、図２に示すＮＯｘセンサ素子１０の構成から、拡散抵抗体１５ｂと、第２測定室１８と、絶縁層１４ｂと、基準酸素室１７と、第２ポンピングセル１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）とを省略することによって得られる構成と同じである。
【００８９】
以下、本実施例においても、図２に示す第１実施例と同様に、制御部ＣＵがガスセンサ素子１０Ｂを制御することと仮定して、説明を行う。制御部ＣＵ（図２）は、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）が所定の電圧（例えば４５０ｍＶ）になるように、第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）を制御する。ここで、空燃比が理論空燃比よりも高い場合（リーン）には、空燃比が理論空燃比よりも低い場合（リッチ）と比べて、第１ポンピングセル１１に流れる電流の向きが逆になる。また、いずれの場合においても、電流の大きさは、空燃比にほぼ比例して変化する。これらから、第１ポンピングセル１１を流れる電流の大きさと向きを特定することによって、空燃比を特定することができる。
【００９０】
図８には、ガスセンサ素子１０Ｂの後端部分が示されている。図３に示すガスセンサ素子１０との差違は、以下の要素が省略されている点だけである。すなわち、絶縁層１４ｂと、第３固体電解質層１３ａ（スルーホールＣ４Ｓ）と、接続ライン１３ｃＬと、接続ライン１３ｂＬと、スルーホールＣ３Ｐと、接続ラインＰＬ２Ｐと、スルーホールＣ５Ｓと、接続ラインＰＬ４Ｓと、スルーホールＣ６Ｓと、第３導通路ＣＬＳと、電極パッドＰｄＳと、が省略されている。他の構成は、図３に示す構成と同じである。
【００９１】
本実施例においても、第１導通路ＣＬＰは、第１実施例の第１導通路ＣＬＰ（図３）と同じ特徴を有している。従って、このガスセンサ素子１０Ｂも、上述のＮＯｘセンサ素子１０と同じ利点を有している。
【００９２】
Ｄ．実験例：
次に、本発明を適用した第１実施例のガスセンサ素子１０及び比較例のガスセンサ素子において、クラック（素子折損）が発生する荷重を調査した。なお、比較例のガスセンサ素子は、積層方向Ｄ２に沿ってみたときに、第１導通路ＣＬＰのスルーホールＣ１Ｐ、Ｃ２Ｐ、Ｃ３Ｐが重なるように形成されている。比較例のガスセンサ素子の他の点は、第１実施例のガスセンサ素子１０と同じである。なお、比較例のガスセンサ素子におけるスルーホールＣ１Ｐの位置は、第１実施例のガスセンサ素子１０におけるスルーホールＣ１Ｐと同じである。
【００９３】
そして、この第１実施例及び比較例のガスセンサ素子を、２つの支点（支点間距離１４ｍｍ）上に配置した。その際、各ガスセンサ素子は、以下の条件を満たすように配された。
・絶縁層１４ｅの外表面が２つの支点に当接する。
・上記２つの支点を結ぶ方向が、各ガスセンサ素子の長手方向Ｄ１と一致する。
・各ガスセンサ素子のスルーホールＣ１Ｐが、上記２つの支点の中間点に位置する。
【００９４】
各ガスセンサ素子の絶縁層１４ｄ側の外表面であって、積層方向Ｄ２に投影したときにスルーホールＣ１Ｐと重なる部分、すなわち２つの支点の中間点に相当する部分を、絶縁層１４ｄから絶縁層１４ｅに向かう向きに押圧した。そして、第１実施例及び比較例のガスセンサ素子が素子折損するまで荷重（Ｎ）を増加させた。第１実施例、比較例共にガスセンサ素子を１４個準備し、それぞれの折損荷重を測定した。結果を、以下の表１および図９に示す。
【００９５】
【表１】
2010266429.tif 000003
【００９６】
図９において、各サンプルの測定値を、第１実施例と比較例とに分けてＸで示す。第１実施例と比較例のそれぞれの測定値の平均値を黒丸で示す。表１および図９に示すように、第１実施例のガスセンサ素子は、折損荷重が平均約１６０Ｎであったのに対し、比較例のガスセンサ素子は、折損荷重が平均約１３０Ｎとなった。この実験結果は、第１実施例のように第１種導通路を形成することで、クラックの発生を抑制できることを示している。
【００９７】
Ｅ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００９８】
（１）上述の各実施例において、セラミック層を積層方向に貫通する貫通孔としては、スルーホールに限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、セラミック層に形成された貫通孔の内部が導体で満たされたビアのためのビアホールを採用してもよい。
【００９９】
（２）また、上述の各実施例において、固体電解質層と支持層（発熱抵抗体を支持する層）と最外層（パッドと接する層）との３種類の層のいずれとも異なる層に、貫通孔が形成されていてもよい。この場合も、ガスセンサ素子の強度の過剰な低下を抑制するためには、固体電解質層と支持層とのうちの少なくとも一方に形成された貫通孔と、最外層に形成された貫通孔と、を通る導通路が、以下の特徴を有することが好ましい。すなわち、積層方向に沿って見たときに、導通路を形成する貫通孔のうちの上述の３種類の層のいずれかに形成された複数の貫通孔のそれぞれが、上述の３種類の層のいずれかに形成された他の貫通孔と重ならないように配置されていることが好ましい。このような特徴を有する導通路は、特許請求の範囲における「第１種導通路」に相当する。
【０１００】
なお、上述の３種類の層（固体電解質層と支持層と最外層）は、いずれも、他の層（例えば、図２の絶縁層１４ａ）と比べて、穴の少ない密な層として形成可能である。従って、その３種類の層のいずれかに形成された複数の貫通孔（その３種類の層のいずれとも異なる層に形成された貫通孔を除く）の間の配置が、上述の実施例で説明した特徴を示すことによって、ガスセンサ素子の強度の過剰な低下を抑制できる。
【０１０１】
例えば、第１種導通路の貫通孔のうちの３種類の層のいずれかに形成された複数の貫通孔のそれぞれの長手方向の位置が、図５や図７の第１範囲Ｒ１内に設定されていることが好ましい。また、それらの長手方向の位置が互いに異なっていることが好ましい。また、短手方向に沿って見たときには、その３種類の層のそれぞれにおいて、各貫通孔が他の貫通孔と重ならないように配置されていることが好ましい。ここで、積層方向に沿って見たときに、その３種類の層のいずれとも異なる層に形成された貫通孔が、その３種類の層のいずれかに形成された第１種導通路の貫通孔と重なってもよい。ただし、その３種類の層のいずれとも異なる層を含む任意の層に形成された全ての貫通孔の配置が、上述の実施例で説明した特徴を示すことが好ましい。例えば、積層方向に沿って見たときに、第１種導通路を形成する全ての貫通孔が、任意の層の他の貫通孔と重ならないように配置されていることが好ましい。
【０１０２】
（３）また、図３、図６、図８に示す実施例において、全ての電極パッドを絶縁層１４ｅの外表面に形成してもよい。この代わりに、全ての電極パッドを絶縁層１４ｄの外表面に形成してもよい。
【０１０３】
また、図５や図７に示す実施例において、第１範囲Ｒ１内に、積層方向Ｄ２に沿ってみたときに他の貫通孔と重なる貫通孔が形成されてもよい。ただし、ガスセンサ素子の強度を高めるためには、第１範囲Ｒ１内には、そのように重なる貫通孔を形成しないことが好ましい。また、第１範囲Ｒ１内に複数の導通路を形成する場合には、少なくとも１つの導通路が「第１種導通路」であることが好ましい。そして、第１範囲Ｒ１内に形成された全ての導通路が「第１種導通路」であることが特に好ましい。
【０１０４】
また、上述の各実施例において、電極パッドの位置と貫通孔の位置としては、種々の位置を採用可能である。例えば、共通の第１種導通路を形成する複数の貫通孔が、短手方向Ｄ３に並んで配置されてもよい。また、２つのセルの間にヒータを支持する支持層を配置してもよい。また、ガスセンサの各層の材料としても、種々の材料を採用可能である。
【０１０５】
（４）ガスセンサの構成としては、図１に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、ガスセンサ素子を保持する保持部１６０は、１つの部材で構成されていてもよい。
【０１０６】
ガスセンサとしては、ＮＯｘセンサや空燃比センサに限らず、他の種々のガス成分の検出や濃度測定を行うガスセンサを採用可能である。例えば、酸素濃度を測定する酸素濃度センサを採用してもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ…ガスセンサ素子
１０ＢＥ…後端
１１…第１ポンピングセル
１１ａ…第１固体電解質層
１１ｂ…外側第１ポンプ電極
１１ｃ…内側第１ポンプ電極
１１ｅ…保護層
１１ｂＬ…接続ライン
１１ｃＬ…ポンプ電極ライン
１２…酸素濃度検出セル
１２ａ…第２固体電解質層
１２ｂ…検知電極
１２ｃ…基準電極
１２ｂＬ…検知電極ライン
１２ｃＬ…第１接続ライン
１３…第２ポンピングセル
１３ａ…第３固体電解質層
１３ｂ…内側第２ポンプ電極
１３ｃ…対極第２ポンプ電極
１３ｂＬ…第３接続ライン
１３ｃＬ…第２接続ライン
１４ａ…絶縁層
１４ｂ…絶縁層
１４ｃ…絶縁層
１４ｄ…絶縁層
１４ｅ…絶縁層
１５ａ…第１拡散抵抗体
１５ｂ…第２拡散抵抗体
１６…第１測定室
１７…基準酸素室
１８…第２測定室
５０…ヒータ
５０Ｌａ、５０Ｌｂ…接続ライン
１０６…セラミックスリーブ
１１０、１１０Ｐ〜１１０Ｕ…接続端子
１３８…主体金具
１３９…ねじ部
１４０…後端部
１４２…外部プロテクタ
１４３…内部プロテクタ
１４４…外筒
１４６…リード線
１５０…グロメット
１５１…セラミックホルダ
１５２…棚部
１５３、１５６…粉末充填層（滑石リング）
１５４…貫通孔
１５７…パッキン
１５８…金属ホルダ
１６０…保持部
１６１…リード線挿通孔
１６６…絶縁コンタクト部材
１６７…鍔部
１６８…コンタクト挿通孔
１６９…保持部材
２００…ガスセンサ
ＰＬ１Ｐ…第１接続ライン
ＰＬ１Ｑ…第２接続ライン
ＰＬ２Ｐ…第１接続ライン
ＰＬ２Ｑ…第２接続ライン
ＰＬ４Ｓ…接続ライン
ＰＬ１Ｑ…接続ライン
ＰＬ２Ｑ…接続ライン
ＰＬ１Ｖ…接続ライン
ＰＬ５Ｗ…接続ライン
ＰＬ４Ｗ…接続ライン
ＣＬＳａ…導通路
ＰＬ５Ｓ…接続ライン
ＣＬＱａ…第１種導通路
Ｄ１…長手方向
Ｄ２…積層方向
Ｄ３…短手方向
Ｒ１…第１範囲
Ｒ２…第２範囲
ＧＭ…被測定ガス
ＧＮ…被測定ガス
ＣＵ…制御部
Ｃ１Ｐ、Ｃ１Ｑ、Ｃ１Ｒ、Ｃ１Ｖ、Ｃ２Ｐ、Ｃ２Ｑ、Ｃ３Ｐ、Ｃ２Ｖ、Ｃ３Ｑ、Ｃ４Ｓ、Ｃ４Ｗ、Ｃ５Ｓ、Ｃ５Ｗ、Ｃ６Ｓ、Ｃ６Ｔ、Ｃ６Ｕ、Ｃ６Ｗ…スルーホール
ＰＲ１…第１ペア
ＰＲ２…第２ペア
ＤＴ１…第１距離
ＤＴ２…第２距離
ＤＴ３…第３距離
ＢＷＤ…後端方向
ＦＷＤ…先端方向
ＣＬＰ、ＣＬＱ、ＣＬＱａ、ＣＬＳ、ＣＬＳａ、ＣＬＶ、ＣＬＷ、…導通路
ＰｄＰ、ＰｄＱ、ＰｄＲ、ＰｄＳ、ＰｄＵ、ＰｄＶ、ＰｄＷ…電極パッド
【図１】
2010266429.tif 000004
【図２】
2010266429.tif 000005
【図３】
2010266429.tif 000006
【図４】
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【図５】
2010266429.tif 000008
【図６】
2010266429.tif 000009
【図７】
2010266429.tif 000010
【図８】
2010266429.tif 000011
【図９】
2010266429.tif 000012