(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の第１固体電解質体及び該第１固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、
前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、
板状の第２固体電解質体及び該第２固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、
前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、
を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサであって、
前記対向して配置された電極位置における前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体との間の距離は、前記多孔質部の位置における前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体の積層方向の長さより短く、
前記対向して配置された電極間の距離は、前記多孔質部の積層方向の長さより短いガスセンサ。
【請求項２】
前記対向して配置された電極位置にて、前記第１固体電解質体又は前記第２固体電解質体が互いに向かって周囲よりも段状に突出する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記対向して配置された電極位置にて、前記第１固体電解質体又は前記第２固体電解質体が互いに近づくよう、当該第１固体電解質体及び第２固体電解質体が前記積層方向に湾曲する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
板状の第１固体電解質体及び該第１固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、
前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、
板状の第２固体電解質体及び該第２固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、
前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、
を有するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサの製造方法であって、
焼成前の前記酸素濃度検出セルである未焼成酸素濃度検出セルと、焼成前の前記酸素ポンプセルである未焼成酸素ポンプセルとの間であって、前記測定室となる部位に連通した所定位置に、焼成前の前記多孔質である多孔質ペーストを塗布し、
前記測定室となる部位に、カーボンを主体とする焼失性ペーストを前記測定室となる容積より少なく塗布し、
前記未焼成酸素濃度検出セルと前記未焼成酸素ポンプセルとをその積層方向に加圧した後、
全体を焼成するガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ及びガスセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばエンジンの排気管等の排気系に装着され、排気ガス中における特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサとして、ガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具とを有する酸素センサが知られている。ここで、酸素センサの１種である全領域空燃比センサの場合、そのガスセンサ素子は、固体電解質体の表裏面に一対の電極が形成された酸素濃度検出セルと、固体電解質体の表裏面に一対の電極が形成された酸素ポンプセルとを有し、両セル間に測定室が区画されている。又、排気ガスは多孔質部を介して測定室に出入りするようになっており、多孔質部で排気ガスの拡散速度が調整されている。
【０００３】
一方、ガスセンサ素子のセルを構成する固体電解質体は一般に平板状であるが、固体電解質体を湾曲させて基板との接触角を最適にすることで、基板との接合不良を防止した技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
又、ガスセンサ素子の小型化に相俟って排気ガスを導入する測定室が小さくなる傾向にあることから、固体電解質体を測定室と反対側に湾曲させて測定室の容積を大きくした技術が開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７５２４５２号公報（図２）
【特許文献２】特開２０１０−２６１７２７号公報（図１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルとをそれぞれ有するガスセンサの場合、被測定ガスの検出精度が高いため、ガスの拡散速度が低下すると応答性が大幅に低下するという問題がある。これに対し、上記特許文献１、２記載のガスセンサは酸素ポンプセルを設けずに、酸素濃度検出セルの一方の電極を大気基準室に臨ませた構成を採っているため、応答性の低下はあまり問題とはならない。そのため、これらガスセンサにおいては、応答性を考慮することなく、セルを構成する固体電解質体を大気基準室側に膨らむように湾曲させている。
従って、本発明は、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルとをそれぞれ有するガスセンサにおいて、応答性を向上させたガスセンサ及びガスセンサ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、板状の第１固体電解質体及び該第１固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、板状の第２固体電解質体及び該第２固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサであって、前記対向して配置された電極位置における前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体との間の距離は、前記多孔質部の位置における前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体の積層方向の長さより短く、前記対向して配置された電極間の距離は、前記多孔質部の積層方向の長さより短い。
【０００７】
このガスセンサによれば、対向して配置された電極間の距離を多孔質部の積層方向の長さより短くすることで、対向して配置された電極の近傍で測定室の容積が最も小さくなるので、測定室に出入する被測定ガスの雰囲気の変化をただちに反映して応答性が向上する。なお、例えば対向して配置された電極位置における第１固体電解質体と第２固体電解質体との間の距離を多孔質部の位置における第１固体電解質体と第２固体電解質体の積層方向の長さと同一とし、対向して配置された各電極の厚みを厚くすることによっても対向して配置された電極の近傍で測定室の容積が最も小さくなるが、この場合には各電極でのガス拡散速度が低下して応答性を低下させる。そこで、対向して配置された電極位置における第１固体電解質体と第２固体電解質体との間の距離を、多孔質部の積層方向の長さより短くすることで、電極の厚みを厚くせずに上記効果を実現できる。
【０００８】
前記対向して配置された電極位置にて、前記第１固体電解質体又は前記第２固体電解質体が互いに向かって周囲よりも段状に突出するようにしてもよい。
このガスセンサによれば、対向して配置された各電極自身が平坦になり、電極の位置によって電極間距離（つまり、応答性）が変化しないので好ましい。
【０００９】
前記対向して配置された電極位置にて、前記第１固体電解質体又は前記第２固体電解質体が互いに近づくよう、当該第１固体電解質体及び第２固体電解質体が前記積層方向に湾曲するようにしてもよい。
このガスセンサによっても、電極の厚みを厚くせずとも、対向して配置された電極の近傍で測定室の容積を最も小さくし、応答性を向上させることができる。
【００１０】
本発明のガスセンサの製造方法は、板状の第１固体電解質体及び該第１固体電解質体上に設けられた一対の電極からなる酸素濃度検出セルと、前記酸素濃度検出セルに積層される多孔質部と、板状の第２固体電解質体及び該第２固体電解質体上に設けられた一対の電極からなり、前記多孔質部を介して前記酸素濃度検出セルに積層される酸素ポンプセルと、前記酸素濃度検出セル、前記多孔質部及び前記酸素ポンプセルで区画され、前記酸素濃度検出セルの前記一対の電極のうち一方の電極及び前記酸素ポンプセルの前記一対の電極のうち一方の電極が対向して配置された測定室と、を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具と、を有するガスセンサの製造方法であって、焼成前の前記酸素濃度検出セルである未焼成酸素濃度検出セルと、焼成前の前記酸素ポンプセルである未焼成酸素ポンプセルとの間であって、前記測定室となる部位に連通した所定位置に、焼成前の前記多孔質である多孔質ペーストを塗布し、前記測定室となる部位に、カーボンを主体とする焼失性ペーストを前記測定室となる容積より少なく塗布し、前記未焼成酸素濃度検出セルと前記未焼成酸素ポンプセルとをその積層方向に加圧した後、全体を焼成する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、酸素濃度検出セルと酸素ポンプセルとをそれぞれ有するガスセンサにおいて、応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）の軸線方向に沿う断面図である。
【図２】ガスセンサ素子の模式分解斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図３の変形例を示す図である。
【図５】ガスセンサ（ガスセンサ素子）の製造方法の一例を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う断面図、図２はガスセンサ素子１００（検出素子部３００及びヒータ部２００）の模式分解斜視図、図３はガスセンサ素子１００の軸線Ｌ方向に直交する断面図である。
なお、軸線Ｌ方向に見て、プロテクタ２４側を「先端」とし、ゴムキャップ５２側を「後端」とする。
【００１４】
図１に示すように、ガスセンサ１は、検出素子部３００、検出素子部３００に積層されるヒータ部２００から構成されるガスセンサ素子１００、ガスセンサ素子１００を内部に保持する主体金具３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。ガスセンサ素子１００は軸線Ｌ方向に延びるように配置されている。
【００１５】
ヒータ部２００は、図２に示すように、アルミナを主体とする第１基体１０１及び第２基体１０３と、第１基体１０１と第２基体１０３とに挟まれ、白金を主体とする発熱体１０２を有している。発熱体１０２は、先端側に位置する発熱部１０２ａと、発熱部１０２ａから第１基体１０１の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１０２ｂとを有している。そして、ヒータリード部１０２ｂの端末は、第１基体１０１に設けられるヒータ部側スルーホール１０１ａに形成された導体を介してヒータ部側パッド１２０と電気的に接続している。つまり、ヒータ部２００は、第１基体１０１及び第２基体１０３を積層した絶縁セラミック体に、通電により発熱するヒータ（発熱体１０２）を設けてなる。
【００１６】
検出素子部３００は、酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０とを備える。酸素濃度検出セル１３０は、ジルコニアを主体とする第１固体電解質体１０５と、その第１固体電解質体１０５の両面に形成された基準電極（第２電極）１０４及び検知電極（第１電極）１０６とから形成されている。基準電極１０４は、基準電極部１０４ａと、基準電極部１０４ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第１リード部１０４ｂとから形成されている。検知電極１０６は、検知電極部１０６ａと、検知電極部１０６ａから第１固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる第２リード部１０６ｂとから形成されている。
なお、基準電極１０４及び検知電極１０６が特許請求の範囲の「（酸素濃度検出セルの）一対の電極」に相当する。又、検知電極１０６が特許請求の範囲の「（酸素濃度検出セルの）一方の電極」に相当する。
【００１７】
そして、第１リード部１０４ｂの端末は、第１固体電解質体１０５に設けられる第１スルーホール１０５ａ、後述する絶縁層１０７に設けられる第２スルーホール１０７ａ、第２固体電解質体１０９に設けられる第４スルーホール１０９ａ及び保護層１１１に設けられる第６スルーホール１１１ａのそれぞれに形成される導体を介して検出素子部側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第２リード部１０６ｂの端末は、後述する絶縁層１０７に設けられる第３スルーホール１０７ｂ、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成される導体を介して検出素子部側パッド１２１と電気的に接続する。
【００１８】
一方、酸素ポンプセル１４０は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体１０９と、その第２固体電解質体１０９の両面に形成された第３電極１０８、第４電極１１０とから形成されている。第３電極１０８は、第３電極部１０８ａと、この第３電極部１０８ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第３リード部１０８ｂとから形成されている。第４電極１１０は、第４電極部１１０ａと、この第４電極部１１０ａから第２固体電解質体１０９の長手方向に沿って延びる第４リード部１１０ｂとから形成されている。
なお、第３電極１０８、第４電極１１０が特許請求の範囲の「（酸素ポンプセルの）一対の電極」に相当する。又、第３電極１０８が特許請求の範囲の「（酸素ポンプセルの）一方の電極」に相当する。
【００１９】
そして、第３リード部１０８ｂの端末は、第２固体電解質体１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成される導体を介して検出素子部側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第４リード部１１０ｂの端末は、後述する保護層１１１に設けられる第８スルーホール１１１ｃに形成される導体を介して検出素子部側パッド１２１と電気的に接続する。なお、第２リード部１０６ｂと第３リード部１０８ｂは共通の検出素子部側パッド１２１に接続され、同電位となっている。
【００２０】
これら第１固体電解質体１０５、第２固体電解質体１０９は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
【００２１】
発熱体１０２、基準電極１０４、検知電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ部側パッド１２０及び検出素子部側パッド１２１は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
【００２２】
もっとも、発熱体１０２、基準電極１０４、検知電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ部側パッド１２０及び検出素子部側パッド１２１は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体１０２、基準電極１０４、検知電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ部側パッド１２０及び検出素子部側パッド１２１は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。このセラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料（例えば、第１固体電解質体１０５、第２固体電解質体１０９の主体となる成分）と同様の成分であることが好ましい。
【００２３】
そして、上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０との間に、絶縁層１０７が形成されている。絶縁層１０７は、絶縁部１１４と多孔質部１１５とからなる。この絶縁層１０７の絶縁部１１４には、検知電極部１０６ａ及び第３電極部１０８ａに対応する位置に中空の測定室１０７ｃが形成されている。この測定室１０７ｃは、絶縁層１０７の幅方向で外部と連通しており、該連通部分には、外部と測定室１０７ｃとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する多孔質部１１５が配置されている。
なお、絶縁層１０７の表裏には、それぞれ上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０と張り合わせるための接着層１１６（図３参照）が設けられている。
【００２４】
絶縁部１１４、及び接着層１１６は、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。
【００２５】
多孔質部１１５は、例えばアルミナからなる多孔質体である。この多孔質部１１５によって排気ガス等の被測定ガスが測定室１０７ｃへ流入する際の律速が行われる。
【００２６】
また、第２固体電解質体１０９の表面には、第４電極１１０を挟み込むようにして、保護層１１１が形成されている。この保護層１１１は、第４電極部１１０ａを挟み込むようにして、第４電極部１１０ａを被毒から防御するための多孔質の電極保護部１１３ａと、第４リード部１１０ｂを挟み込むようにして、第２固体電解質体１０９を保護するための補強部１１２とからなる。なお、本実施の形態のガスセンサ素子１００は、酸素濃度検出セル１３０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、酸素ポンプセル１４０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１４０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子に相当する。
【００２７】
図１に戻り、主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はガスセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。この滑石３６は金属ホルダ３４内に配置される第１滑石３７と金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。金属ホルダ３４内で第１滑石３７が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子１００は金属ホルダ３４に対して固定される。また、主体金具３０内で第２滑石３８が圧縮充填されることによって、ガスセンサ素子１００の外面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。このスリーブ３９は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔３９ａが設けられ、内部にガスセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材４０を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。
【００２８】
また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出して、被測定雰囲気（排気ガス）に晒されるガスセンサ素子１００の先端部１００ｓを覆うと共に、複数のガス取り入れ孔２４ａを有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には後端部４２ａの外径が先端部４２ｂの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。
【００２９】
一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、後述するセパレータ５０の突出部５０ａに係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。
【００３０】
また、セパレータ５０には、検出素子部３００やヒータ部２００用のリード線１１〜１５を挿入するための通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４、１５については図示せず）。通孔５０ｂ内には、リード線１１〜１５と、検出素子部３００の検出素子側パッド１２１及びヒータ部２００のヒータ側パッド１２０とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１〜１５は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１１〜１５とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１〜１５は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。
【００３１】
さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１〜１５をそれぞれ挿入するための通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。
【００３２】
次に、図３を参照し、本発明の特徴部分である第１固体電解質体１０５と第２固体電解質体１０９の間隔について説明する。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、ガスセンサ素子１００の軸線Ｌ方向に直交する断面図である。
図３において、検知電極１０６と第３電極１０８がそれぞれ測定室１０７ｃに臨みつつ対向して配置され、これら各電極の位置における第１固体電解質体１０５と第２固体電解質体１０９との間の距離Ｈ２は、多孔質部１１５の位置における第１固体電解質体１０５と第２固体電解質体１０９の積層方向の長さＨ６より短くなっている。さらに、対向して配置された検知電極１０６と第３電極１０８との間の距離Ｈ３は、多孔質部１１５の積層方向の長さＨ１より短い。
ここで、図３の場合、検知電極１０６と第３電極１０８のそれぞれの電極位置にて、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９が互いに向かって周囲よりも段状に突出している。
【００３３】
このように、Ｈ３＜Ｈ１とすることで、対向して配置された検知電極１０６と第３電極１０８の近傍で測定室１０７ｃの容積が最も小さくなるので、測定室１０７ｃに出入する被測定ガスの雰囲気の変化をただちに反映して応答性が向上する。なお、例えばＨ２＝Ｈ１として検知電極１０６と第３電極１０８の厚みを厚くすることによってもＨ３＜Ｈ１となるが、この場合には電極でのガス拡散速度が低下して応答性を低下させる。そこで、Ｈ２＜Ｈ６とすることで、検知電極１０６と第３電極１０８の厚みを厚くせずにＨ３＜Ｈ１を実現できる。
なお、本発明において、Ｈ２、Ｈ３は、いずれも検知電極１０６と第３電極１０８の中央位置（センサ素子の軸線方向及びその垂直方向の各中心が交わる位置）における値とする。又、Ｈ１は、被測定ガスが出入する部位である多孔質部１１５のうち、測定室１０７ｃに面する位置における多孔質部１１５単体の値とし、被測定ガスが出入しない接着層１１６の厚みは含まない。又、Ｈ６は、被測定ガスが出入する部位である多孔質部１１５のうち、測定室１０７ｃに面する位置における多孔質部１１５の位置における第１固体電解質体１０５と第２固体電解質体１０９の積層方向の長さであるため、多孔質部１１５の厚みと接着層１１６の厚みを含んだ長さと同義である。又、「積層方向」とは、各固体電解質体１０５，１０９を貫く方向であり、図３の上下方向である。
又、検知電極１０６と第３電極１０８の厚みは５〜３０μｍ程度とすることができ、Ｈ１−Ｈ３を０〜３０μｍ程度とすることができる。
【００３４】
図４は、図３の変形例であり、検知電極１０６と第３電極１０８のそれぞれの電極位置にて、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９が互いに近づくよう、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９が積層方向に湾曲している。
図４の場合においても、Ｈ４＜Ｈ６かつＨ５＜Ｈ１となるので、検知電極１０６と第３電極１０８の厚みを厚くせずに、応答性を向上させることができる。なお、Ｈ４は図３のＨ２に対応し、Ｈ５は図３のＨ３に対応する寸法である。
但し、図４の例の場合、検知電極１０６と第３電極１０８も湾曲しているので、各電極の中央部と周縁部とで電極間距離が変わり、応答性も電極の位置によって若干変わる傾向にある。従って、図３のように、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９を周囲よりも段状に突出させ、検知電極１０６と第３電極１０８自身を平坦にすると、電極の位置によって電極間距離（つまり、応答性）が変化しないので好ましい。
【００３５】
図５は、ガスセンサ１（ガスセンサ素子１００）の製造方法の一例を示す工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、未焼成の第１基体の上に未焼成の発熱体（図５では発熱部１０２ａｘのみ表示）をペースト印刷し、さらに未焼成の第２基体で挟み、未焼成のヒータ部２００ｘを得る。同様に、未焼成の第１固体電解質体１０５ｘの表裏にそれぞれ未焼成の基準電極１０４ｘ及び検知電極１０６ｘをペースト印刷し、未焼成の酸素濃度検出セル１３０ｘを得る。さらに検知電極１０６ｘ側の第１固体電解質体１０５ｘの長手方向に沿う両端に未焼成の絶縁層（図５では多孔質部となる多孔質ペースト１１５ｘのみ表示）をペースト印刷する。なお、多孔質部１１５ｘと第１固体電解質体１０５ｘとの間には張り合わせペースト１１６ｘを塗布する。
【００３６】
次に、未焼成の第１固体電解質体１０５ｘと、未焼成の絶縁層（図５では多孔質ペースト１１５ｘのみ表示）とで区画され測定室となる部位１０７ｃｘに、カーボンを主体とする焼失性ペースト４００を測定室となる容積より少なく塗布する（図５（ｂ））。例えば、測定室となる部位１０７ｃｘの上面Ｓより焼失性ペースト４００が下側（第１固体電解質体１０５ｘ側）になるように焼失性ペースト４００を塗布する。
次に、未焼成の第２固体電解質体１０９ｘの表裏にそれぞれ未焼成の第３電極１０８ｘ及び第４電極１１０ｘをペースト印刷し、未焼成の酸素ポンプセル１４０ｘを得る。さらに、第４電極１１０ｘ側の第２固体電解質体１０９ｘに未焼成の保護層１１１ｘ及び電極保護部１１３ａｘをペースト印刷する（図５（ｃ））。
なお、未焼成の第１基体、第２基体、第１固体電解質体１０５ｘ、第２固体電解質体１０９ｘは、例えばドクターブレード装置を使用したシート成形法により、これらシートの材料を含むスラリーからシートを成形して切り出すことで作製することができる。又、発熱体、各電極、多孔質等は、これらの材料を含むペーストを用いた印刷法で作製することができる。
【００３７】
そして、多孔質部１１５ｘの上側（酸素ポンプセル１４０ｘ側）に張り合わせペースト１１６ｘを塗布し、未焼成のヒータ部２００ｘ、酸素濃度検出セル１３０ｘ及び酸素ポンプセル１４０ｘを積層し、この積層方向に加圧する（図５（ｄ））。このとき、測定室となる容積より焼失性ペースト４００の塗布量が少ないため、第１固体電解質体１０５ｘと第２固体電解質体１０９ｘとが積層方向に互いに近づくように段状に突出する（図３参照）。
具体的には、検知電極１０６ｘの反対側に位置する基準電極１０４ｘがヒータ部２００ｘの面で押圧されて第１固体電解質体１０５ｘに陥入する。そして、それに応じて基準電極１０４ｘの陥入した部分の第１固体電解質体１０５ｘが上方（第２固体電解質体１０９ｘ側）に向かって段状に突出する。ここで、基準電極１０４ｘと検知電極１０６ｘは同一寸法で互いに重なる位置に配置されているので、基準電極１０４ｘが陥入した第１固体電解質体１０５ｘの部分が、ちょうど検知電極１０６ｘの直下となる。
同様に、第３電極１０８ｘの反対側に位置する第４電極１１０ｘが、電極保護部１１３ａｘの面で押圧されて第２固体電解質体１０９ｘに陥入する。そして、それに応じて第４電極１１０ｘの陥入した部分の第２固体電解質体１０９ｘが下方（第１固体電解質体１０５ｘ側）に向かって段状に突出する。ここで、第４電極１１０ｘと第３電極１０８ｘは同一寸法で互いに重なる位置に配置されているので、第４電極１１０ｘが陥入した第２固体電解質体１０９ｘの部分が、ちょうど第３電極１０８ｘの直下となる。
そして、この状態で全体を焼成してガスセンサ１（ガスセンサ素子１００）を製造する。
【００３８】
ここで、測定室となる容積より焼失性ペースト４００の塗布量を大幅に低減させると、第１固体電解質体１０５ｘ及び第２固体電解質体１０９ｘが段状に凹み、図３に示すような段状の突出部が形成される。一方、焼失性ペースト４００の塗布量を増やすと、基準電極１０４ｘ及び第４電極１１０ｘの陥入による第１固体電解質体１０５ｘ及び第２固体電解質体１０９ｘの張出しが緩やかになり、図４に示すような湾曲部が形成される。
【００３９】
なお、図３、図４の例では、それぞれ検知電極１０６及び第３電極１０８の反対側に位置する基準電極１０４及び第４電極１１０を用い、ガスセンサ素子を製造する際の積層加圧を利用して、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９を変形させている。このため、第１固体電解質体１０５及び第２固体電解質体１０９を変形させる別の工程を用意する必要がなく、工程増とならずに製造が可能である。
但し、上記に限らず、例えば未焼成の酸素ポンプセル１４０ｘを作製した後、酸素ポンプセル１４０ｘを型押しして変形させ、これを酸素濃度検出セル１３０ｘと積層し、全体を焼成してもよい。この場合、酸素ポンプセル１４０側の第２固体電解質体１０９のみを酸素濃度検出セル１３０側に向かって突出又は湾曲させ、第１固体電解質体１０５は平坦としてもよく、その逆としてもよい。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されず、酸素濃度検出セルと、測定室に連通する多孔質部と、酸素ポンプセルを備えたあらゆるガスセンサ（ガスセンサ素子）に適用可能であり、本実施の形態の酸素センサ（酸素センサ素子）に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するため、上記の２セルに加えて第２酸素ポンプセルを追加した公知のＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、多孔質部がガスセンサ素子の短手方向（軸線方向に垂直な方向）に設けたが、多孔質部をガスセンサ素子の先端に設けてもよい。但し、ガスセンサ素子の短手方向には固体電解質体が撓み難いので、ガスセンサ素子の短手方向に多孔質部を設ける場合に、本発明は特に有効である。
【符号の説明】
【００４１】
１                          ガスセンサ
３０                        主体金具
１００                      ガスセンサ素子
１０５                      第１固体電解質体
１０９                      第２固体電解質体
１０４、１０６              （酸素濃度検出セル）の一対の電極
１０８、１１０              （酸素ポンプセル）の一対の電極
１０６、１０８              一方の電極
１０７ｃ                    測定室
１０７ｃｘ                  定室となる部位
１１５                      多孔質部
１１５ｘ                    多孔質ペースト
１３０                      酸素濃度検出セル
１３０ｘ                    未焼成酸素濃度検出セル
１４０                      酸素ポンプセル
１４０ｘ                    未焼成酸素ポンプセル
４００                      焼失性ペースト
Ｌ                          軸線方向
Ｈ１                         多孔質部の積層方向の長さ
Ｈ２、Ｈ４                    電極位置における第１固体電解質体と第２固体電解質体との間の距離
Ｈ３、Ｈ５                    対向して配置された電極間の距離
Ｈ６                         多孔質部の位置における前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体の積層方向の長さ
【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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